Κάποια στιγμή μεταξύ της ηλικίας των 6 και 18 μηνών, μετά από μια περίοδο φαινομενικά φυσιολογική ανάπτυξη, τα κορίτσια που πάσχουν από σύνδρομο Rett χάνουν το ενδιαφέρον τους στο παιχνίδι? Που σταδιακά αποσύρεται και άγχος, την ανάπτυξη αυτιστικών-όπως συμπεριφορές, και να αποκτήσουν συγκεκριμένα συμπτώματα, όπως επαναλαμβανόμενες δοντιών και το τρόχισμα και χέρι-στύψιμο. Αυτή η καταστροφική νευρολογική νόσος προσβάλλει ένα στα 15.000 κορίτσια.
Μόλις πριν από πέντε χρόνια, το σύνδρομο Rett εντοπίστηκε σε μεταλλάξεις σε ένα γονίδιο στο χρωμόσωμα Χ, MECP2. Αλλά πώς αυτό το γονίδιο, που προηγουμένως δεν συνδέονται με τον εγκέφαλο ή το νευρικό σύστημα, θα μπορούσε να προκαλέσει μια νευρολογική αναπτυξιακή διαταραχή παραμένει ένας γρίφος.
Τώρα, μια ομάδα επιστημόνων με το αμερικανικό Υπουργείο Ενέργειας Lawrence Berkeley National Laboratory έχει αναπτύξει νέες μεθόδους και ανέτρεψε λάθος υποθέσεις για να ανακαλύψει πώς το προϊόν του γονιδίου, την πρωτεΐνη MECP2, μπορεί να αναδιαμορφώσει χρωματίνης, το υλικό που αποτελεί τα χρωμοσώματα. Για πρώτη φορά μια ανθρώπινη ασθένεια - Σύνδρομο Rett, τα πρώτα ταυτοποιημένα επιγενετικές ασθένειας - έχει συνδεθεί με συγκεκριμένες ατέλειες στο τρισδιάστατο αναδίπλωση της χρωματίνης.
Η έρευνα έγινε υπό την επίβλεψη Terumi Kohwi-Shigematsu, βιοχημικός με τη Ζωή Τμήμα Επιστημών Berkeley Lab του? Αποκαλύπτει πώς μεταλλάσσεται MECP2 πρωτεΐνη καταστέλλει τα γονίδια, και προσδιορίζει μερικά από τα πιο σημαντικά από αυτά τα γονίδια. Kohwi-Shigematsu και οι συνεργάτες της, Shin-Ichi Horike, Shutao Cai, Masaru Miyano, και Jan-Fang Chen, αναφέρουν τα αποτελέσματά τους στην προηγμένη σε απευθείας σύνδεση δημοσίευση τεύχος Ιανουαρίου του Nature Genetics.
Πώς λειτουργεί MECP2
Τα λεγόμενα CpG «νησιά» βρίσκονται στις περιφέρειες υποστηρικτής του πολλά γονίδια housekeeping, που κωδικοποιούν για τις πρωτεΐνες απαραίτητες για τη λειτουργία των κυττάρων. Περιέχουν υψηλές πυκνότητες κυτοσίνη και γουανίνη ζεύγη βάσεων, που ονομάζεται CpG dinucleotides. MECP2 σημαίνει "μεθυλο-CpG δεσμευτική πρωτεΐνη 2?", Όπως υποδηλώνει το όνομά της, δεν μπορεί να συνδεθεί με αυτά τα ζεύγη βάσεων, όταν οι ομάδες μεθυλίου (CH3) που συνδέονται με αυτά.
Κανονικά, δεν CpG dinucleotides σε CpG νησιά μεθυλιωμένο και τα γονίδια είναι ενεργά. Αν είναι μεθυλιωμένο CpG νησιά, ωστόσο, προσελκύουν MECP2 πρωτεϊνών, οι οποίες δεσμεύουν επιπλέον πρωτεΐνες που καταστέλλουν μεταγραφή των γονιδίων και να μετατρέψει τη υποστηρικτής off. Έτσι MeC2P εκτιμάται ότι θα είναι βασικός παράγοντας για τη συναρμολόγηση της παράγοντες πρωτεΐνη που μεταγραφής σιωπή. Επειδή MECP2 συνδέεται με μεθυλιωμένο CpG dinucleotides, τα αποτελέσματά της δεν εξαρτώνται από τον πρωτογενή αλληλουχία του DNA.
"Μία πρόταση για το πώς ελαττωματικά ή απουσιάζει MECP2 πρωτεΐνη μπορεί να προκαλέσει σύνδρομο Rett ήταν ότι, παραλείποντας να συνοδεύσει την μεθυλιωμένο CpG dinucleotides, αυτό να αδυνατεί να καταστείλει ακατάλληλη έκφραση του γονιδίου στον εγκέφαλο», λέει ο Kohwi-Shigematsu.
Για ορισμένα γονίδια, που ονομάζονται αποτυπωμένα γονίδια, κατάσταση η έκφρασή τους εξαρτάται από το αν το γονίδιο που προήλθε από το μητρικό ή πατρικό αλληλόμορφο, με τις δύο μορφές που έχουν συχνά διαφορετικά μεθυλιωμένα CpG νησιά ή κοντά σε υποστηρικτές τους. Μια κορυφαία υπόθεση για το πώς μεταλλαγμένα MECP2 θα μπορούσε να παράγει το σύνδρομο Rett είναι ότι η μετάλλαξη διαταράσσει το μηχανισμό αυτό αποτύπωση.
Μια αποτυπώνεται γονίδιο, το ένα με μεθυλιωμένο υποκινητή, είναι συνήθως αθόρυβη. Αν ελαττωματικό ή λείπει πρωτεΐνης MECP2 ήταν να μην τη σιωπή του αποτυπώνεται αλληλόμορφο, η έκφραση του γονιδίου θα ήταν διπλό. Η αποτυχία να καταστείλει αποτυπώνεται αλληλόμορφα έχει εμπλακεί σε διάφορες νευρολογικές διαταραχές.
"MECP2, την πρωτεΐνη που κωδικοποιείται από το γονίδιο MECP2, εκφράζεται σε πολλούς ιστούς, συμπεριλαμβανομένων των εγκεφάλων», λέει ο Kohwi-Shigematsu. "Οι άνθρωποι σκέφτηκαν ότι ήταν μια γενική καταστολέας που ρυθμίζει τη γονιδιακή έκφραση σε όλο το σώμα. Ωστόσο, η κύρια σύνδρομο του Rett ασθενείς επεσήμανε νευροαναπτυξιακή προβλήματα μετά τη γέννηση. Έτσι το πρώτο μας στοίχημα ήταν να βρει ποια γονίδια MECP2 ρυθμίζει άμεσα στον εγκέφαλο, και πώς ρυθμίζει τους. "
Ψάχνοντας για τους στόχους
Οι ερευνητές εξέτασαν εκατοντάδες MECP2 δεσμευτικές ακολουθίες στον εγκέφαλο των ποντικών. Στην άγριου τύπου εγκεφάλους ποντικιών διαπίστωσαν ότι η πρωτεΐνη MECP2 δεσμεύει στην περιοχή των περίπου πέντε γονίδια δωδεκάδα, αρκετά από τα οποία διαμένουν σε ένα σύμπλεγμα του αποτυπωμένα γονίδια στο χρωμόσωμα ποντίκι 6 (που αντιστοιχεί σε μια περιοχή του ανθρώπινου χρωμοσώματος 7).
Όταν οι θέσεις δέσμευσης στο φυσικό τύπο εγκεφάλους ποντικιών ήταν σε σύγκριση με την ίδια τοποθεσίες σε MECP2-null ποντίκια - "νοκ-άουτ" ποντίκια χωρίς γονίδιο MECP2 και ως εκ τούτου δεν πρωτεΐνης MECP2 - μια περιοχή ιδιαίτερα ξεχώρισαν: έκφραση των παρακείμενων γονιδίων Dlx5 και Dlx6 σχεδόν διπλασιάστηκαν στα ποντίκια νοκ-άουτ. Ο εντοπισμός του γονιδίου Dlx5 στα ποντίκια ήταν άκρως υποβλητική, δεδομένου ότι στους ανθρώπους της DLX5 πρωτεΐνη παίζει σημαντικό ρόλο στη σύνθεση του GABA, γ-αμινοβουτυρικό οξύ, ένα σημαντικό νευροδιαβιβαστή.
Οι ερευνητές επιδίωξαν παρόμοια αποτελέσματα σε κύτταρα από ασθενείς με σύνδρομο Rett, αντικαθιστώντας καλλιέργεια λεμφοβλάστες (του ανοσοποιητικού συστήματος των κυττάρων) για απρόσιτες τα κύτταρα του εγκεφάλου. Στους ανθρώπους, συνήθως μόνο το μητρικό αλληλόμορφο του DLX5 εκφράζει, γιατί το πατρικό αλληλόμορφο είναι αποτυπωμένη. Αλλά λεμφοβλάστες από πολλούς ασθενείς με σύνδρομο Rett παρουσίασαν ένα πολύ υψηλότερο ποσοστό του DLX5 έκφρασης. Όταν ένα γονίδιο αποτυπώνεται συνεχίζει ωστόσο να εκφράσει, το φαινόμενο ονομάζεται «απώλεια της αποτύπωσης."
Οι ερευνητές είχαν εντοπίσει τώρα τουλάχιστον ένα γονίδιο στόχο MECP2 όπου, αν η πρωτεΐνη που έλειπαν ή ελαττωματικό, το αποτέλεσμα μπορεί να οδηγήσει σε misregulation στην παραγωγή του νευροδιαβιβαστή GABA. Αλλά ο μηχανισμός με τον οποίο η κανονική MECP2 πράξεις για τη ρύθμιση της DLX5 γονίδιο και πώς αυτή η ρύθμιση πάει στραβά ήταν ακόμα να προσδιοριστεί.
Ένα πράγμα ήταν ξεκάθαρο: η τάση MECP2 να δεσμεύσει σε μεθυλιωμένο νησιών CpG δεν έπαιξε κανένα ρόλο. CpG νησιά κοντά Dlx5 και Dlx6 βρέθηκαν - αρκετά αναπάντεχα - να είναι εντελώς unmethylated σε άγριου τύπου ποντίκια, τα ποντίκια νοκ-άουτ, και η ανθρώπινη κυτταρική σειρά λεμφοβλαστών. Ακόμη και στις περιπτώσεις μεμονωμένων CpG ζεύγη βάσεων στην περιοχή έξω από CpG νησιά ήταν μεθυλιωμένο, δεν υπήρχαν διαφορές στα πρότυπα μεθυλίωσης μεταξύ της μητρικής και πατρικής αλληλόμορφα.