29 июня 2018 года

Штат Пенн

180629102608 1 540x360Иллюстрация хромосомы 16, показывающая 14 мух-аналогов 25 человеческих генов, расположенных в делеции на хромосоме, которая связана с риском аутизма. Исследователи использовали РНК-интерференцию (RNAi), чтобы уменьшить экспрессию этих генов индивидуально и в тандеме, чтобы проверить, как взаимодействие этих генов модулирует нейродеструктивные симптомы, связанные с делецией. Взаимодействия между генами, которые усиливают или подавляют действие уменьшенной экспрессии, показаны красной или синей линиями.

Лаборатория Гирираджана, штат Пенсильвания

Согласно данным нового исследования, гены, находящиеся в большой хромосомной аберрации, связанные с признаками аутизма, взаимодействуют друг с другом для модуляции переменных симптомов заболевания. Совместная группа, возглавляемая исследователями штата Пенсильвания, проверила роль этих генов индивидуально и в тандеме, уменьшив количество генов, выраженное в модели плодовых мух. Исследование, которое появляется 29 июня 2018 года в журнале Nature Communications, демонстрирует полезность мухи в качестве экспериментальной модели для понимания сложной причинно-следственной связи человеческих нейроразвивающих расстройств и определения потенциальных целей для терапевтического лечения.

«В отличие от болезней, вызванных мутациями в одиночных генах, расстройство аутистического спектра и другие нарушения нервно-психического развития имеют сложную этиологию, которая может быть результатом многих взаимодействующих генов», - сказал Сантош Гирираджан, адъюнкт-профессор биохимии и молекулярной биологии и антропологии, и ведущий автор статьи. «Инструменты, доступные для генетических манипуляций, позволили нам быстро протестировать многие индивидуальные и парные гены мух, чтобы мы могли скомпоновать сложность их взаимодействия и как это может повлиять на симптомы болезни».

Многие нарушения нервной системы, в том числе аутизм, шизофрения и умственная инвалидность, связаны с делециями или дублированиями относительно больших областей хромосом, которые содержат много генов. Эти удаления и дублирования приводят к тому, что люди, имеют различное количество копий генов, содержащихся в них. Это «изменение числа копий» может привести к дефектам развития и развитию нервно-психических расстройств, поскольку у индивидуума может быть слишком много или слишком мало определенного гена.

Исследователи сосредоточили внимание на делеции большой хромосомы 16, которая охватывает более 500 000 пар оснований - пары As, Ts, Cs и Gs, которые составляют двухцепочечную ДНК, и впервые были обнаружены у людей с симптомами аутизма. Это удаление включает в себя 25 отдельных генов и впоследствии ассоциировалось с эпилепсией, умственной неполноценностью и ожирением.

«Иногда мы можем идентифицировать один ген в пределах большой делеции, который вызывает заболевание, связанное с удалением, но это редко и обычно связано с определенным набором симптомов», - сказал Гирираджан. «Удаление на хромосоме 16 связано со многими различными симптомами, которые присутствуют в разной степени, а иногда и вовсе не зависят от человека. Это заставило нас поверить, что нет ни одного причинного гена, и многие из них взаимодействуют по-разному».

Чтобы попытаться определить, каким образом удаление хромосомы 16 вызывало эти симптомы, исследователи обратились к фруктовой мухе Drosophila melanogaster. Мухи классически использовались для выявления механизмов развития и клеток, связанных с биологией человека, а также для изучения нейродегенеративных заболеваний, расстройств сна и эпилепсии. Существует также множество установленных инструментов для генетической манипуляции, доступных у мух, которые позволяют исследователям выполнять эксперименты намного быстрее, чем в других модельных организмах, таких как мышь.

«Хотя мы тестировали только 14 частиц -мух из 25 человеческих генов, наши результаты показывают модель, которая может быть применена к общему механизму заболевания, вызванному этим удалением», - сказал Джанани Айер, докторант-исследователь в лаборатории Girirajan и автор статьи.

Используя методику, называемую РНК-интерференцией (RNAi), в которой короткий фрагмент РНК может быть разработан для уменьшения экспрессии конкретного гена либо во всей мухе, либо в определенной ткани, исследователи сначала протестировали каждый из отдельных генов в хромосоме 16, которые имеют аналоги в генах мух.

«Когда мы протестировали снижение экспрессии отдельных генов у личинки мух, семь из них были летальными, также мы обнаружили другие нейроразвивающие эффекты», - сказал Гирираджан. «Когда мы ограничили сокращение экспрессии генов, мы заметили дефекты, связанные с пролиферацией клеток».

Затем исследователи выбрали четыре гена с наиболее серьезными последствиями в отдельных тестах и ​​протестировали их в сочетании с каждым из других 13 частиц-мух и человеческих генов в удалении хромосомы 16. Они также протестировали взаимодействие этих четырех генов с 50 другими генами, которые, как известно, играют роль в нарушениях нервно-психического развития из других мест в геноме. В парных экспериментах исследователи обнаружили, что симптомы, возникающие в отдельных тестах, иногда становились более тяжелыми, иногда уменьшались, а иногда и не затрагивались. Это предполагало, что множественные гены внутри делеции, вероятно, взаимодействуют друг с другом, что потенциально способствует изменчивости симптомов, наблюдаемых у лиц с их удалением.

«Исходя из наших результатов, мы предлагаем новую модель патогенности делеции хромосомы 16 и другие большие области изменения количества копий в геноме», - сказал Гирираджан. «Мы должны рассмотреть взаимодействия между многими генами, чтобы понять переменные симптомы, связанные с этими большими делециями вместо того, чтобы искать одиночные причинные гены. Понимание этого поможет нам определить соответствующие цели для возможного лечения этих неврологических заболеваний».

Источник

Материалы, предоставленные штатом Пенн

Справочная информация:

Джанани Айер, Маянгламбам Дхруба Сингх, Мэтью Дженсен, Пайал Патель, Лусилла Пиццо, Эмили Хубер, Хейли Коерсельман, Алексис Т. Вайнер, Паола Лепанто, Комал Вадодария, Алексис Кубина, Цинъю Ван, Абигайль Тальберт, Снеха Йеннавар, Хосе Бадано, Дж. Роберт Манак, Мелисса М. Роллс, Арджун Кришнан, Сантош Гирираджан. Всепроникающие генетические взаимодействия модулируют нейродеструктивные дефекты ассоциированной с аутизмом делеции 16p11.2 у Drosophila melanogaster. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038 / s41467-018-04882-6

Источник: www.sciencedaily.com