A pesquisa revela a causa genética da doença digestiva mortal nas crianças

Quase 10 anos há, um grupo de pesquisadores clínicos israelitas enviados por correio electrónico o geneticista Len Pennacchio do laboratório nacional de Lawrence Berkeley (laboratório de Berkeley) a pedir a ajuda da sua equipe em resolver o mistério de uma doença herdada rara que causasse o extremo, e da diarreia às vezes fatal, crônica nas crianças.

Agora, seguindo uma odisseia investigatório laboriosa que expandisse nossa compreensão de seqüências reguladoras no genoma humano, o grupo científico multinacional anunciou a descoberta da explicação genética para esta doença. Seus resultados são publicados na natureza.

“Identificando o gene subjacente, nós abrimos a porta para explorar alvos terapêuticos,” disse Pennacchio, que tem uma nomeação dupla na divisão ambiental da genómica do laboratório de Berkeley e da biologia de sistemas e o Ministério de E.U. do Joint Genome Institute (DOE) da Energia. Embora haja apenas algumas famílias no mundo conhecido para levar as mutações causais, Pennacchio e seus co-autores especulam que a circunstância, chamada diarreia intratável da síndrome da infância (IDIS), pode compartilhar de doença-causar mecanismos com outras doenças gastrintestinais que afectam milhões de povos - tais como o intestino irritável ou a doença de Crohn. Não há actualmente nenhum tratamento para IDIS diferentes do apoio nutritivo e calórico para compensar pela absorção danificada do alimento causada pela diarreia freqüente. Tipicamente, os indivíduos com IDIS que sobrevivem à experiência da infância menos sintomas enquanto obtêm mais velhos, mas sua condição são nunca normais.

O outro resultado importante é que as famílias têm agora uma explicação para esta doença, que tem afligido crianças na região por algum tempo.”

Len A. Pennacchio, geneticista do laboratório de Berkeley

Mergulho em um enigma médico de longa data

Embora foi descrito primeiramente em 1968, muito pequeno foi sabido sobre IDIS antes que o pesquisador do chumbo da equipe clínica, Yair Anikster, começou ao estudar em 2000. Porque foi identificado somente em sete famílias da descida Iraquiano-Judaica, a doença era simplesmente demasiado obscura à barraca muita atenção da comunidade da ciência médica. Então, a única informação estabelecida era que IDIS é um traço recessivo negociado único-gene - significando uma criança mostrará sintomas se recebem uma cópia transformada do gene causal de ambos os pais.

Esperando ganhar introspecções frescas na doença através das técnicas analíticas modernas, do Anikster e de um grupo diverso de colegas começados executando arranjar em seqüência de todas as seqüências conhecidas do gene em amostras que tinham recolhido de seus pacientes de IDIS.

Infelizmente, os resultados eram longe de bem defenido. Todos os oito indivíduos levaram certamente as mutações que não são encontradas em indivíduos saudáveis da mesma região, mas estas variações foram encontradas para estar nas seqüências aparentemente noncoding - os estiramentos do ADN que não obtêm traduzidos em uma proteína. Mais especificamente, os pacientes (quem representaram cada um das sete famílias afetadas) abrigaram supressões em ambas as cópias de uma região noncoding previamente por estudar no cromossoma 16.

As seqüências de Noncoding compo aproximadamente 99% do genoma humano e, apesar de sua predominância, são igualmente a fonte da maioria de perguntas não resolvidas sobre genéticas. Pensou uma vez fosse a mero do “ADN junk, cientistas sabem agora que algumas regiões noncoding têm funções reguladoras importantes, contudo escavar mais profunda nos papéis destas regiões foi sempre muito mais desafiante do que estudando o ADN esse códigos para uma proteína.

Realizando introspecção perita necessário para estabelecer uma relação causal entre estes supressões e IDIS, o grupo alcançaram para fora ao laboratório de Pennacchio. Um ajuste ideal para o desafio à mão, a equipe de Pennacchio tem examinado regiões reguladoras genomic desde a terminação de arranjar em seqüência do cromossoma 16 para o projecto de genoma humano do marco.

Encontrando um gene escondido

Primeiramente, os geneticista usaram sua plataforma mundo-principal do modelo do rato para confirmar que a região do cromossoma 16 é certamente uma seqüência reguladora envolvida na revelação do sistema gastrintestinal. Quando projectaram uma linhagem dos ratos com os supressões cromossomáticos equivalentes àqueles dos pacientes humanos de Anikster, os animais infantis indicaram a diarreia. Estes resultados forneceram a evidência que a seqüência noncoding - que denominou a região intestino-crítica (ICR) - é a causa da doença. Contudo, ainda não conheceram o que a seqüência reguladora regulava realmente.

Após anos de experimentação cuidadosa, os autores podiam determinar que a expressão dos controles de ICR de um gene próximo previamente desconhecido, chamada agora Percc1.

“Tomou anos de recolher dados de nossos ratos antes que nós descobrimos que havia um gene muito próximo ao supressão que nós apenas acontecemos não poder observar antes,” disse Pennacchio. E sua equipe encontraram que Percc1 esta presente em todos os mamíferos e na maioria de animais vertebrados, assim o estabelecimento de que estêve nos genomas animais por eternidades. Mas porque a proteína que este gene codifica foi quase completamente ao contrário de todas as proteínas conhecidas - na seqüência e na estrutura - foi negligenciada facilmente no gene que traça estudos até que a equipe começou pròxima examinar sua região cromossomática.

Olhando para trás em seus dados humanos da seqüência após esta descoberta, os autores viram que ambos os tipos de famílias dentro levadas supressões de ICR IDIS impedem que toda a proteína Percc1 esteja feita. Assim, para conectar formalmente os pontos e para mostrar que uma falta da expressão genética Percc1 é a única causa de IDIS, produziram uma linhagem nova dos ratos que não tiveram nenhuma anomalia genética diferentes de um gene Percc1 suprimido. Imediatamente depois do nascimento, os ratos do mutante experimentaram a diarreia severa, crônica que espelhou perfeitamente a progressão da doença dos seres humanos com IDIS. “Que põe um prego no caixão que sim, aquele deve ser o que causa a circunstância porque os ratos têm os mesmos sintomas exactos,” Pennacchio explicado.

Retrocedendo fora a onda seguinte da pesquisa

Após ter estabelecido o que vai mal quando a proteína Percc1 enigmática falta, os cientistas prolíficos conduziram um último círculo das experiências para fornecer um esboço áspero do que faz em circunstâncias normais. Usando seus modelo do rato e células estaminais humanas, os cientistas mostraram que a proteína Percc1 está expressada (e necessária ao funcionamento apropriado de) em um grupo muito pequeno de pilhas gastrintestinais deprodução. Com a sinalização química, estas pilhas parecem negociar muitos processos, incluindo a mobilidade intestinal, tomada da glicose, e provocando o sentido da saciedade.

Movendo-se para a frente, as equipes clínicas de Anikster no hospital de crianças de Safra de Edmond e de lírio, o centro médico de Sheba, e a Faculdade de Medicina de Sackler no plano da universidade de Tel Aviv para usar mais pròxima seu conhecimento newfound do gene ao estudo como a doença progride ao longo do tempo. “A viagem científica era particularmente longa, desafiante e completo das surpresas,” disse. “Nós esperamos que nossa descoberta pavimentará o trajecto para o tratamento visado desta doença potencial fatal.”

Entrementes, o laboratório de Pennacchio continuará a fazer o que faz melhor.

“Por 20 anos, nós temos usado o rato como um sistema poderoso para compreender mais não somente o genoma humano, mas igualmente como todos os genomas funcionam,” disse Pennacchio. “No laboratório de Berkeley nós somos centrados aqui sobre o fornecimento das ferramentas e da experiência necessários para fazer o trabalho em grande escala, complexo que as instituições menores não podem fazer no seus próprios.”

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.