Quelque part entre l'âge de 6 et 18 mois, après une période de développement apparemment normal, les filles touchées par le syndrome de Rett perdre de l'intérêt en jeu, ils deviennent progressivement retirée et anxieux, de développer des comportements autistiques, et d'acquérir des symptômes spécifiques comme des grincements de dents répétitifs et de torsion des mains. Cette maladie neurologique dévastatrice touche une personne sur 15 000 enfants de sexe féminin.
Il ya cinq ans, le syndrome de Rett a été suivi à des mutations dans un gène sur le chromosome X, gène MECP2. Mais comment ce gène, pas associée avec le cerveau ou le système nerveux, peut causer un trouble neurologique développementale est restée une énigme.
Maintenant, une équipe de scientifiques avec le Département américain de l'Énergie Lawrence Berkeley National Laboratory a développé de nouvelles méthodes et hypothèses erronées renversée de découvrir comment le produit de ce gène, la protéine de MeCP2, peut remodeler la chromatine, le matériau qui constitue les chromosomes. Pour la première fois d'une maladie humaine - le syndrome de Rett, la première maladie identifiée épigénétique - a été liée à des anomalies spécifiques dans le pliage en trois dimensions de la chromatine.
La recherche a été supervisé par Terumi Kohwi-Shigematsu, un biochimiste avec Berkeley Lab Life Sciences Division, il révèle comment muté protéine MeCP2 réprime les gènes, et identifie quelques-unes des plus importantes de ces gènes. Kohwi-Shigematsu et ses collègues, Shin-ichi Horike, Shutao Cai, Masaru Miyano, et Jan-Fang Chen, rapportent leurs résultats dans la publication en ligne avancée de l'numéro de Janvier de Nature Genetics.
Comment fonctionne MECP2
Les soi-disant CpG "îles" se trouvent à la région promotrice des gènes de ménage nombreuses, qui codent pour des protéines essentielles au fonctionnement des cellules. Ils contiennent de fortes densités de paires de bases cytosine et la guanine, appelé dinucléotides CpG. MECP2 signifie "méthyl CpG-binding protein 2;" comme son nom l'indique, il peut se lier à ces paires de base lorsque les groupes méthyle (CH3) sont joints à eux.
Normalement, dans les dinucléotides CpG îlots CpG méthylés et ne sont pas les gènes sont actifs. Si îlots CpG méthylés sont, cependant, ils attirent les protéines MeCP2, qui lient des protéines supplémentaires qui répriment la transcription des gènes et de tourner le promoteur off. Ainsi MeC2P est pensé pour être un acteur clé dans le montage des facteurs de transcription protéique silence qui. Parce que MeCP2 se lie à dinucléotides CpG méthylés, ses effets ne dépendent pas de la séquence primaire de l'ADN.
«Une proposition de façon défectueuse ou absente protéine MeCP2 pourrait causer le syndrome de Rett est que, en omettant de joindre à dinucléotides CpG méthylés, il ne parviendrait pas à réprimer l'expression des gènes inappropriés dans le cerveau», explique-Kohwi Shigematsu.
Pour certains gènes, appelés gènes soumis à empreinte, leur statut d'expression dépend si le gène est venu de l'allèle maternel ou paternel, avec les deux formes ayant souvent différemment îlots CpG méthylés ou à proximité de leurs promoteurs. Une hypothèse de premier plan de façon muté MECP2 pourrait produire le syndrome de Rett est que la mutation perturbe ce mécanisme d'impression.
Un gène imprimé, l'un avec un promoteur méthylé, est habituellement silencieux. Si défectueux ou manquant protéine MeCP2 ont été à l'échec à faire taire un allèle imprimé, l'expression du gène serait double. Le défaut de réprimer allèles imprimée a été impliqué dans plusieurs désordres neurologiques.
"MeCP2, la protéine codée par le gène MECP2, est exprimé dans de nombreux tissus, y compris le cerveau», explique-Kohwi Shigematsu. "Les gens pensaient que c'était un répresseur général qui régule l'expression génique dans tout le corps. Pourtant, le syndrome de Rett principale des patients a des problèmes de développement neurologique après la naissance. Donc, notre premier défi était de savoir quels gènes MECP2 régit directement dans le cerveau, et comment il les régit. "
La recherche de cibles
Les chercheurs ont examiné des centaines de séquences MeCP2 contraignant dans le cerveau des souris. Dans les cerveaux de souris de type sauvage ils ont constaté que la protéine MeCP2 se lie dans le voisinage de quelques dizaines de gènes de cinq ans, dont plusieurs résident dans un cluster de gènes soumis à empreinte sur le chromosome de souris 6 (correspondant à une région du chromosome humain 7).
Lorsque les sites de liaison dans le cerveau de souris de type sauvage ont été comparés aux mêmes sites dans MeCP2 souris nulles - "knockout" souris élevées sans gène MECP2 et donc aucune protéine MeCP2 - une région en particulier se distingue: l'expression des gènes adjacents Dlx5 et Dlx6 presque doublé chez les souris knock-out. L'identification du gène chez la souris a été Dlx5 très suggestive, puisque les humains la protéine Dlx5 joue un rôle important dans la synthèse du GABA, acide gamma-aminobutyrique, un neurotransmetteur important.
Les chercheurs ont cherché des effets similaires dans les cellules de patients atteints du syndrome de Rett, en substituant lymphoblastes en culture (cellules du système immunitaire) pour les cellules du cerveau inaccessibles. Chez les humains, normalement seulement l'allèle maternel de Dlx5 exprime, car l'allèle paternel est imprimé. Mais de nombreux patients lymphoblastes syndrome de Rett présentaient un taux beaucoup plus élevé d'Dlx5 expression. Quand un gène imprimé continue néanmoins à exprimer, le phénomène est appelé "la perte d'empreinte."
Les chercheurs ont maintenant identifié au moins un gène ciblé par MeCP2 où, si la protéine étaient manquants ou défectueux, le résultat pourrait conduire à dérégulation de la production du neurotransmetteur GABA. Mais le mécanisme par lequel la normale MeCP2 agit pour réguler le gène Dlx5 et comment cette réglementation va de travers étaient encore à déterminer.
Une chose était claire: la propension à se lier MeCP2 d'îlots CpG méthylés joué aucun rôle. Îlots CpG près Dlx5 et Dlx6 ont été trouvés - tout à fait inattendue - pour être totalement non méthylé dans les souris de type sauvage, les souris knock-out, et la ligne de cellules lymphoblastiques humaines. Même lorsque les paires de bases individuelles CpG dans la région en dehors îlots CpG méthylés ont été, il n'y avait pas de différences dans les modèles de méthylation entre les allèles maternels et paternels.