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.
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.
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 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!