La ricerca rivela la causa genetica della malattia digestiva micidiale in bambini

Quasi 10 anni fa, un gruppo di ricercatori clinici israeliani inviati con la posta elettronica il genetista Len Pennacchio del laboratorio nazionale di Lawrence Berkeley (laboratorio di Berkeley) da chiedere la guida del suo gruppo nella soluzione del mistero di una malattia ereditata rara che ha causato l'estremo e di una diarrea a volte interna e cronica in bambini.

Ora, seguendo un'odissea investigativa ardua che ha ampliato la nostra comprensione delle sequenze regolarici nel genoma umano, il gruppo scientifico multinazionale ha annunciato la scoperta della spiegazione genetica per questa malattia. I loro risultati sono pubblicati in natura.

“Identificando il gene di fondo, abbiamo aperto la porta per l'esplorazione degli obiettivi terapeutici,„ ha detto Pennacchio, che ha una nomina doppia nella divisione ambientale della genomica del laboratorio di Berkeley e di biologia di sistemi ed il Dipartimento per l'energia di Stati Uniti il Joint Genome Institute (DOE). Sebbene ci siano appena alcune famiglie nel mondo conosciuto per portare le mutazioni causative, Pennacchio ed i suoi co-author speculano che la circostanza, chiamata diarrea intrattabile della sindrome di infanzia (IDIS), può dividere malattia-causare i meccanismi con altre malattie gastrointestinali che pregiudicano milioni di persone - quali le viscere irritabili o il morbo di Crohn. Non ci sono corrente i trattamenti per IDIS all'infuori di supporto nutrizionale e calorico per compensare l'assorbimento alterato dell'alimento causato da frequente diarrea. Tipicamente, le persone con IDIS che sopravvivono all'esperienza di infanzia meno sintomi mentre ottengono più vecchie, ma il loro stato non è mai normali.

L'altro risultato importante è che le famiglie ora hanno una spiegazione per questa malattia, che sta affliggendo i bambini nella regione per un po 'di tempo.„

Len A. Pennacchio, genetista del laboratorio di Berkeley

Tuffandosi in un puzzle medico di lunga durata

Sebbene in primo luogo sia descritto nel 1968, pochissimo è stato conosciuto circa IDIS prima che il ricercatore del cavo del gruppo clinico, Yair Anikster, cominciasse a studiarlo nel 2000. Poichè è stato identificato soltanto in sette famiglie della discesa Iracheno-Ebrea, la malattia era semplicemente troppo oscura per raccogliere molta attenzione dalla comunità di scienza medica. Quando, le sole informazioni stabilite erano che IDIS sia un tratto recessivo mediato unico gene - significando un bambino mostrerà i sintomi se ricevono una copia mutata del gene causativo da entrambi i genitori.

Sperando di guadagnare le comprensioni fresche nella malattia attraverso le tecniche analitiche moderne, Anikster e un diverso gruppo di colleghi iniziati realizzando ordinamento di tutte le sequenze conosciute del gene sui campioni che si erano raccolti dai loro pazienti di IDIS.

Purtroppo, i risultati erano lontano da netto. Tutte e otto le persone effettivamente hanno portato le mutazioni che non sono trovate in persone in buona salute dalla stessa regione, ma queste variazioni sono state trovate per essere nelle sequenze apparentemente noncoding - allungamenti di DNA che non ottengono tradotti in proteina. Più specificamente, i pazienti (chi hanno rappresentato ciascuna delle sette famiglie influenzate) harbored le eliminazioni in entrambe le copie di una regione noncoding precedentemente non studiata sul cromosoma 16.

Le sequenze di Noncoding compongono circa 99% del genoma umano e, malgrado la loro prevalenza, sono egualmente la sorgente della maggior parte delle domande irrisolte circa la genetica. Ha pensato una volta è al mero “DNA del junk, scienziati ora sanno che alcune regioni noncoding avessero funzioni regolarici importanti, eppure scavare più profonda nei ruoli di queste regioni è stata sempre molto più provocatoria dello studiando il DNA quel codici per una proteina.

Realizzando hanno avuto bisogno della comprensione esperta di stabilire un nesso causale fra queste eliminazioni e IDIS, il gruppo ha raggiunto fuori al laboratorio di Pennacchio. Una misura ideale per la sfida attuale, il gruppo di Pennacchio sta esaminando le regioni regolarici genomiche dal completamento dell'ordinamento del cromosoma 16 per il progetto Genoma Umano del punto di riferimento.

Individuazione del gene nascosto

In primo luogo, i genetisti hanno utilizzato la loro piattaforma di livello mondiale del modello del mouse per confermare che la regione del cromosoma 16 è effettivamente una sequenza regolatrice in questione nello sviluppo del sistema gastrointestinale. Quando hanno costruito uno stirpe dei mouse con le eliminazioni cromosomiche equivalenti a quelle dei pazienti umani di Anikster, gli animali infantili video la diarrea. Questi risultati hanno fornito la prova che la sequenza noncoding - che hanno definito la regione intestino-critica (ICR) - è la causa della malattia. Tuttavia, ancora non hanno conosciuto che cosa la sequenza regolatrice realmente stava regolamentando.

Dopo gli anni di sperimentazione scrupolosa, gli autori potevano determinare che l'espressione di comandi di ICR di un gene vicino precedentemente sconosciuto, ora chiamata Percc1.

“Ha richiesto gli anni di dati della riunione dai nostri mouse prima che scoprissimo che c'era un gene molto vicino all'eliminazione che siamo sembrato appena non potere osservare prima,„ ha detto Pennacchio. Lui ed il suo gruppo hanno trovato che Percc1 è presente in tutti i mammiferi e nella maggior parte dei vertebrati, così l'instaurazione che è stato in genoma animali per gli eoni. Ma perché la proteina che questo gene codifica è quasi completamente a differenza di tutte le proteine conosciute - in sia sequenza che struttura - facilmente è stato trascurato in gene che mappa gli studi finché il gruppo non abbia cominciato in modo approfondito esaminare la sua regione cromosomica.

Osservando indietro i loro dati umani di sequenza dopo questa scoperta, gli autori hanno veduto che entrambi i tipi di famiglie dentro portate eliminazioni di ICR IDIS impediscono tutta la proteina Percc1 essere fatta. Così, connettere formalmente i punti e provare che una mancanza di espressione genica Percc1 è la sola causa di IDIS, sono cresciuto un nuovo stirpe dei mouse che non hanno avuti anomalie genetiche all'infuori di un gene cancellato Percc1. Subito dopo della nascita, i mouse mutanti hanno avvertito la diarrea severa e cronica che ha rispecchiato perfettamente la progressione di malattia degli esseri umani con IDIS. “Che mette un chiodo nella bara che sì, quello deve essere che cosa causa la circostanza perché i mouse hanno gli stessi sintomi esatti,„ Pennacchio spiegato.

Respinta fuori dell'onda seguente di ricerca

Dopo l'instaurazione della che cosa va male quando la proteina enigmatica Percc1 manca, gli scienziati prolifici hanno condotto un ultimo giro degli esperimenti per fornire uno schizzo preliminare di cui fa in circostanze normali. Facendo uso del loro modello del mouse e cellule staminali umane, gli scienziati hanno indicato che la proteina Percc1 è espressa in (e necessario al perfetto funzionamento di) gruppo molto piccolo di celle gastrointestinali produttore di ormoni. Con la segnalazione chimica, queste celle sembrano mediare molti trattamenti, compreso motilità intestinale, l'assorbimento del glucosio e l'avviamento del senso di sazietà.

Muovendosi in avanti, i gruppi clinici di Anikster all'ospedale pediatrico di Safra del giglio e di Edmond, il centro medico di Sheba e la scuola di medicina di Sackler alla pianificazione dell'università di Tel Aviv per usare più molto attentamente la loro nuova conoscenza del gene allo studio come la malattia progredisce col passare del tempo. “Il viaggio scientifico era particolarmente lungo, provocatorio e pieno delle sorprese,„ ha detto. “Speriamo che la nostra scoperta pavimenti il percorso verso il trattamento mirato a di questa malattia potenzialmente interna.„

Nel frattempo, il laboratorio di Pennacchio continuerà a fare che cosa fanno il più bene.

“Per 20 anni, stiamo utilizzando il mouse come un sistema potente più ulteriormente per capire non solo il genoma umano, ma anche come tutti i genoma funzionano,„ ha detto Pennacchio. “Qui al laboratorio di Berkeley siamo messi a fuoco sulla fornitura gli strumenti e della competenza stati necessari per fare il lavoro su grande scala e complesso che le più piccole istituzioni non possono fare da sè.„

Source:
Journal reference:

Oz-Levi, D. et al. (2019) Noncoding deletions reveal a gene that is critical for intestinal function. Nature. doi.org/10.1038/s41586-019-1312-2.