Badania NUS rzucają nowe światło na nierozwiązane pokolenie

Rozwój płodu to szereg dobrze zorganizowanych procesów, które zapewniają prawidłowe tworzenie i ułożenie ważnych narządów rozwijającego się organizmu. Na poziomie molekularnym procesy te są kontrolowane w precyzyjny sposób poprzez włączanie lub wyłączanie określonych czynników, takich jak geny czy białka. Wszelkie błędy w tych procesach mogą prowadzić do wad fizycznych lub chorób w organizmie noworodka.

Zespół naukowców z National University of Singapore (NUS) kierowany przez profesora nadzwyczajnego Xue Shifenga z Wydziału Nauk Biologicznych odkrył nowy sposób wyjaśnienia nierozwiązanych chorób mendlowskich — chorób dziedziczonych po jednym z rodziców z powodu mutacji genetycznych w rozwijającej się komórce jajowej lub nasienie — poprzez badanie genetyki białka A znanego jako SMCHD1, które jest kodowane przez gen SMCHD1. Mutacje w genie SMCHD1 mogą powodować takie choroby, jak dystrofia kości ramiennej (FSHD), zespół mikroftalmii z rodzaju Bosma arhinia (BAMS), choroba zwyrodnieniowa mięśni oraz nieprawidłowości nosa i oczu.

Naukowcy odkryli, że matczyne SMCHD1 kontroluje ekspresję grupy genów u potomstwa, znanych jako geny HOX, które określają położenie części ciała płodu wzdłuż osi od głowy do ogona. Naukowcy odkryli również, że zakłócenie SMCHD1 u samic danio pręgowanego prowadzi do zmian w ekspresji genu HOX, co prowadzi do defektów szkieletu u ich potomstwa.

Badanie prowadzone przez naukowców NUS, we współpracy z A*STAR, Yale-NUS i Aix-Marseille University, zostało opublikowane w: Komunikacja przyrodnicza 23 czerwca 2022 r.

Dziedziczenie genów matczynych i defektów strukturalnych

U ssaków SMCHD1 odgrywa kluczową rolę w inaktywacji chromosomu X u samic, procesie, w którym jedna z kopii chromosomu X jest losowo wybierana i dezaktywowana. Utrudnia to badanie roli dziedziczonego przez matkę genu SMCHD1, ponieważ inaktywacja genu SMCHD1 jest śmiertelna dla samic ssaków.

Zespół badawczy postanowił wykorzystać danio pręgowanego, powszechnie używanego kręgowca, jako organizm modelowy w badaniach biomedycznych, aby obejść ten problem. Danio pręgowany nie ma dezaktywacji chromosomu X, co pozwala zespołowi zbadać rolę dziedziczonego przez matkę genu SMCHD1. Naukowcy zakłócili działanie genu SMCHD1 u danio pręgowanego, aby zbadać, jak wpływa on na ekspresję genów i rozwój szkieletu u potomstwa danio pręgowanego.

Naukowcy z NUS zauważają, że białko SMCHD1 jest umieszczane w jaju przez matkę. Inaktywacja genu SMCHD1 u samic danio pręgowanego spowodowała zmiany w ekspresji genu HOX w ich zapłodnionych jajach. Geny HOX odgrywają ważną rolę w zapewnieniu określonych wzorów i tożsamości różnych części ciała dziecka. Utrata genu SMCHD1 doprowadziła do wczesnej aktywacji genów HOX, powodując defekty we wzorcach strukturalnych u potomstwa danio pręgowanego.

Profesor Zhou i jej zespół zademonstrowali nową koncepcję, zgodnie z którą produkty genetyczne, takie jak białka pobrane z jaja matki, mogą kontrolować ekspresję genów zachodzącą w rozwijającym się płodzie. Czynniki kontrolujące ekspresję genu wytwarzanego przez matkę w rozwijającej się komórce jajowej mogą stworzyć warunki do odpowiedniej aktywacji genów po zapłodnieniu komórki jajowej przez plemnik. Dzięki dalszym badaniom laboratoryjnym zespół odkrył, że ta sama zasada dotyczy ssaków.

Interpretacja nierozwiązanych chorób genetycznych

Wyniki badań mogą zmienić sposób interpretacji nierozwiązanych chorób Mendla. Na podstawie tego badania u ich dzieci mogą pojawić się pewne nieprawidłowości genetyczne rodziców, co otwiera możliwości wyjaśnienia wad wrodzonych pojawiających się u dzieci poprzez badanie składu genetycznego ich rodziców.

Kiedy myślimy o chorobach genetycznych, zwykle myślimy, że przyczyną choroby była mutacja u pacjenta. W naszym badaniu z wykorzystaniem danio pręgowanego odkryliśmy, że nieprawidłowości u potomstwa nie są spowodowane mutacją genetyczną u osobnika, ale u jego matki. Zmieni to sposób, w jaki myślimy o nierozwiązanych chorobach genetycznych.

przyszłe badania

Po przeprowadzeniu obecnych badań naukowcy mają nadzieję na dalsze zbadanie, w jaki sposób na poziomie molekularnym geny matki kontrolują ekspresję genów u płodu po urodzeniu.

„Chcemy zrozumieć molekularnie ślady, jakie matczyny gen SMCHD1 pozostawia na genomie potomstwa, które wpłyną na płód. Jesteśmy również zainteresowani badaniem białka SMCHD1, jego mutacji związanych z różnymi chorobami, a także działa” – powiedział profesor Xue.