Исследователи стволовых клеток реактивировали «резервные гены» в лаборатории
Учёные-биомедики из KU Leuven раскрыли части механизма, который однажды может помочь в лечении синдрома Ретта и других генетических нарушений, связанных с X-хромосомой.
У женщин и большинства самок млекопитающих две X-хромосомы, но активна в любой данной клетке только одна из них. Этот активный X-хромосома выбирается в процессе, подобном подбрасыванию монетки, на самых ранних стадиях эмбрионального развития: каждая хромосома имеет шанс 50/50 остаться активной и экспрессировать свои гены или быть инактивированной через процесс, называемый инактивацией X-хромосомы.
Инактивация X-хромосомы — совершенно нормальный процесс, но последствия могут быть разрушительными, когда одна из X-хромосом несёт дефектный ген. Так обстоит дело у пациенток с синдромом Ретта: после инактивации одной хромосомы в каждой клетке примерно половина клеток пациентки будет использовать дефектный ген. После рождения девочки страдают от прогрессирующей потери моторных навыков и речи. У пациентов-мужчин с синдромом Ретта только одна X-хромосома и, следовательно, нет здоровой копии гена для компенсации дефектной; эти пациенты обычно умирают до рождения.
Как врачи могут лечить синдром Ретта и другие X-сцепленные расстройства? Теоретически ответ прост: реактивировать здоровую копию на инактивированной X-хромосоме в клетках, которые используют дефектную. На практике, однако, это легче сказать, чем сделать.
Исследователи стволовых клеток из лаборатории Винсента Паску в KU Leuven вместе с учёными из лаборатории Жан-Кристофа Марина (VIB/KU Leuven) и лаборатории Эдит Херд (EMBL, Германия) решили часть головоломки. В статье, опубликованной в Genome Research, они представляют новые данные о лежащем в основе механизме реактивации X-хромосомы.
Реактивация генов в лаборатории
Первый шаг к разработке новых методов лечения — выяснить, как на самом деле работает реактивация X-хромосомы, объясняет Адриан Янишевски (KU Leuven), соавтор исследования. «В нормальных условиях инактивированные X-хромосомы снова становятся активными только на одной из самых ранних стадий эмбрионального развития. Вместо изучения эмбрионов мы использовали технику, известную как репрограммирование клеток: мы взяли взрослые клетки у самок мышей и репрограммировали их в культуральной чашке в так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки или iPS-клетки, которые напоминают эмбриональные стволовые клетки, но не получены из ранних эмбрионов».
Доцент Винсент Паску, старший автор исследования, говорит: «Работа с iPS-клетками имеет множество преимуществ. Самое главное, когда вы репрограммируете взрослые женские клетки в iPS-клетки, обе X-хромосомы снова становятся активными. Другими словами: реактивация X-хромосомы начинает происходить прямо под вашим микроскопом».
Ирэн Талон (KU Leuven), второй соавтор исследования, говорит: «Мы отслеживали почти 200 различных X-сцепленных генов на протяжении всего процесса реактивации X-хромосомы. Мы обнаружили, что реактивация происходит постепенно: разным генам требуется разное количество времени, чтобы снова стать активными. Наши данные позволяют предположить, что объяснение этой разницы в скорости — это комбинация расположения гена в 3D-пространстве на X-хромосоме и роли белков (транскрипционных факторов) и ферментов (гистондеацетилаз), в частности».
Долгосрочный терапевтический потенциал
Хотя это одна часть головоломки, предстоит ещё много работы, говорит Винсент Паску. «Важно помнить, что здесь мы говорим об очень фундаментальном исследовании. Наш долгосрочная цель — внести вклад в разработку лекарства от синдрома Ретта и подобных расстройств, но нам потребуется время, чтобы добраться туда, и предстоит преодолеть множество препятствий».
«Нам ещё нужно выяснить, как использовать механизм для одного гена, как делать это безопасно у пациентов и как нацелиться на правильные клетки в мозге. Мы пока не знаем, как преодолеть эти серьёзные проблемы, но мы знаем, что фундаментальное понимание того, как всё работает, — это решающий первый шаг. Так работает наука: это медленный процесс».
«Теперь, когда мы определили три фактора, участвующих в реактивации X-хромосомы, мы можем начать экспериментировать, чтобы больше узнать об их точной роли. Нам нужно знать все детали реактивации X-хромосомы, прежде чем мы сможем попытаться использовать механизм в терапевтических целях. Вот почему фундаментальные исследования так важны».
Исследование «Dynamic Reversal of Random X Chromosome Inactivation during iPSC Reprogramming» было опубликовано в открытом доступе в Genome Research.