Почему плодовые мушки — хорошая генетическая модель для изучения болезней человека

Нейродегенеративные заболевания, такие как БАС, болезни Паркинсона, Альцгеймера и Хантингтона, неизлечимы и часто вызваны генетическими мутациями, механизмы которых плохо изучены.

Исследование, проведенное под руководством Хьюго Беллена и Майкла Ванглера в Медицинском колледже Бейлора и опубликованное в журнале Cell, сделало ключевой шаг вперед. Ученые идентифицировали сотни новых мутаций в генах плодовой мушки Drosophila melanogaster, которые связаны с развитием, функцией и поддержанием нервной системы. Муха служит моделью человека и позволяет изучать молекулярные механизмы 26 человеческих болезней, включая БАС.

Drosophila melanogaster — устоявшийся модельный организм, потому что:

• Около 75% генов, вызывающих болезни у человека, имеют сходную форму у мухи.
• С ней легко работать, и она быстро размножается.
• Существует множество инструментов для манипуляции ее генами.

Преодоление ограничений

Стандартный метод «нокаута» гена в геноме всего организма иногда неэффективен: если ген важен для развития, муха погибнет. Авторы преодолели это, вызывая мутации только в нескольких клетках мухи. Это позволяет изучать эффект мутации даже в жизненно важных генах, не убивая организм.

Этот метод важен для экспериментов, которые нельзя проводить на людях. Например, анализируя геномы двух братьев с микроцефалией (малый размер головы), ученые обнаружили мутацию в одном и том же гене — ANKLE2. Чтобы доказать его причастность, потребовались бы неэтичные эксперименты на людях.

Генетический ключ

Изучение генетики мухи и человека вместе стало решением. Оказалось, что мухи с мутацией в том же гене ANKLE2 также имели маленький мозг. Однако, когда мутантным мушкам вводили нормальный человеческий ген ANKLE2, размер их мозга восстанавливался. Это доказало, что ANKLE2 — виновник микроцефалии.

С помощью этой техники авторы выделили 614 новых мутаций в 165 генах, влияющих на нервную систему. Важнее то, что результаты позволили предложить новый метод поиска болезнетворных генов у человека: сравнивать мутации в геномах пациентов с мутациями в соответствующих генах Drosophila.

Ученые обнаружили, что гены, вызывающие болезни у человека, часто имеют более одной копии у мухи. Таким образом, гены с множественными копиями у Drosophila с высокой вероятностью могут быть причиной заболеваний у людей. Широкое применение этого метода приблизит нас к пониманию генетической основы многих неврологических и нейродегенеративных болезней.