Люди могут выжить без ключевого гена аутофагии

Генетика 26 июля 2021 г., 8:46
Люди могут выжить без ключевого гена аутофагии

Согласно исследованию, опубликованному 24 июня в Медицинском журнале Новой Англии(The New England Journal of Medicine), генетические изменения, которые приводят к частичной или полной потере белка, называемого аутофагией 7 (ATG7), связаны с серьезными расстройствами нервной системы у людей. Считалось, что белок, который контролирует важный этап внутриклеточного процесса рециркуляции, называемый аутофагией, необходим для выживания, потому что мыши с ингибированием(выключением) ATG7 умирают вскоре после рождения.

Аутофагия - это внутриклеточный процесс разложения, который предотвращает накопление поврежденных белков и органелл и высвобождает необходимые питательные вещества во время их дефицита. Во время многоступенчатого процесса двухслойная мембрана начинает формироваться вокруг молекулярного груза, предназначенного для деградации, образуя тело, называемое аутофагосомой. По мере формирования мембрана наполняется белками, которые помогают собирать грузы. После полного образования аутофагосома сливается с лизосомой, и ее содержимое химически и ферментативно разлагается. Предыдущие исследования показали, что ATG7 важен для нескольких стадий образования и созревания аутофагосом.

Схема, показывающая этапы аутофагии

Рисунок 1. Схема, показывающая этапы аутофагии

Ведущий автор исследования Роб Тейлор говорит, что его лаборатория в Центре митохондриальных исследований Wellcome в Соединенном Королевстве изучает, как дисфункция митохондрий вызывает болезни человека. Несколько лет назад в центр, который занимается диагностикой и лечением пациентов с редкими митохондриальными нарушениями, обратилась семья с двумя детьми, у которых был похожий набор симптомов, включая трудности в обучении, атаксию (неспособность контролировать движения тела), лицевой дисморфизм и аномалии мозга. Когда исследователи выполнили секвенирование всего экзома(часть генома, представляющая его активные участки) ДНК сестер, они не обнаружили проблемы с митохондриями, а выявили наличие рецессивных мутаций с потерей функций в обеих аллелях ATG7.

«Это просто заставило нас сесть и подумать:« Мы не работаем в аутофагии, но это действительно интересно», - вспоминает Тейлор. «И это было началом». После идентификации вариантов ATG7 команда собрала клетки и поискала белок ATG7 с помощью вестерн-блоттинга. И, «о чудо, - говорит Тейлор, - мы не смогли обнаружить ни одного белка ATG7». По его словам, это было действительно интересно, потому что это полностью противоречило догме о важности этого белка.

Вестерн-блоттинг (иногда называемый иммуноблоттингом белков) - это широко используемый аналитический метод в молекулярной биологии и иммуногенетике для обнаружения специфических белков в образце гомогената или экстракта ткани.
Метод вестерн-блоттинга использует три элемента для достижения своей задачи по отделению конкретного белка от комплекса:
- разделение по размеру;
- перенос белка на твердую основу;
- маркировку целевого белка с использованием первичного и вторичного антитела для визуализации.
Создается синтетическое антитело или антитело животного происхождения (известное как первичное антитело), которое распознает и связывается с конкретным целевым белком. Мембрана для электрофореза промывается раствором, содержащим первичное антитело, перед тем, как смыть избыток антител. Добавляется вторичное антитело, которое распознает первичное антитело и связывается с ним. Вторичное антитело визуализируется с помощью различных методов, таких как окрашивание, иммунофлуоресценция и радиоактивность, что позволяет косвенно определять конкретный целевой белок.

«Честно говоря, основываясь на генетических вариантах, мы ожидали, что не будет белка ATG7», - говорит первый автор Джек Коллиер. «Но на самом деле увидеть экспериментальные данные своими глазами, прочитав об этих мышах с дефицитом аутофагии, которые умирают в течение 24 часов, - говорит он, - это все равно было шоком». В течение следующих нескольких лет исследователи использовали инструмент GeneMatcher для связи с четырьмя другими семьями со всего мира, у которых также были серьезные рецессивные мутации в ATG7 и симптомы, похожие на симптомы первой группы пациентов. У некоторых также были судороги или они использовали инвалидные коляски.

Чтобы выяснить функциональные последствия потери ATG7, команда добавила гены пациентов в фибробласты мыши без ATG7 и увидела снижение аутофагии по сравнению с фибробластами, в которых был этот ген. И, когда исследователи культивировали клетки кожи пациентов, они увидели, что у некоторых пациентов наблюдается резкое снижение аутофагического потока(скорости, с которой происходит аутофагия), по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы. Но, что удивительно, не у всех пациентов аутофагия полностью исчезла.

Электронная микрофотография, показывающая аутофагосомы и автолизосомы

Электронная микрофотография, показывающая аутофагосомы в верхнем правом и нижнем правом углу и аутолизосому в верхнем левом углу

Команда ученых обнаружила, что когда они поместили аллель ATG7 дикого типа обратно в фибробласты пациента, он восстановил экспрессию ATG7 и маркеры образования аутофагосом до нормального уровня, и это дает основание полагать, что генная терапия, восстанавливающая функциональную копию ATG7, может быть полезной для пациентов в будущем.

Главный вопрос, который поднимает исследование, заключается в том, как потеря ATG7 приводит к симптомам неврологического развития пациентов. «Мы знаем, что аутофагия очень важна для нервной системы», - говорит Чжэнью Юэ, нейробиолог из Медицинской школы Икана на горе Синай(Нью Йорк), добавляя, что «нарушение аутофагии связано с множеством основных нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, Паркинсона, БАС(боковой амиотрофический склероз) и болезнь Хантингтона. Но основной ген аутофагии, такой как ATG7, никогда не был напрямую связан с заболеванием нервной системы у людей», говорит он.

Следующим шагом будет изучение аутофагии в нейронах человека, говорит Юэ, возможно, путем создания индуцированных плюрипотентных стволовых клеток из клеток кожи и их дифференциации в нейроны. Тейлор говорит, что его группа уже планирует это исследование.
«В будущем мы хотим проделать еще очень много работы, - говорит Тейлор, - используя это в других модельных системах, создавая линии нервных клеток и пытаясь изучить более физиологически релевантные ткани, полученные от пациента».



Станьте первым!



pangenes.ru © 2021
Яндекс.Метрика