5 Minutės
Įsivaizduokite vieną raidę 2,8 milijardo raidžių vadove, kuri nusprendžia, ar embrionas taps vyru ar moterimi. Tas menkas pokytis, vienas DNR pagrindas, buvo viskas, ko prireikė naujuose eksperimentuose pakeisti pelių lytinį vystymąsi.
Microskopinis redagavimas, turintis dideles pasekmes
Bar-Ilan universiteto mokslininkai panaudojo CRISPR, kad įterptų smulkias modifikacijas į reguliacinį seką pavadintą Enh13, nekoduojantį DNR segmentą, kontroliuojantį Sox9 aktyvumą — geno, kuris skatina sėklidžių formavimąsi. Kai Enh13 įprasta pusiausvyra buvo sutrikdyta įterpus vos vieną pagrindą, XX pelės, kurios paprastai virstų patelėmis, vietoje to išsivystė sėklidės ir vyriškos anatomijos požymiai.
Mutacija nebuvo baltymų koduojančio geno viduje. Ji buvo reguliacinėje DNR, genomo grandinėje, kuri nurodo genams, kada ir kur įsijungti. Dekadų laikotarpiu didelė šios reguliacinės erdvės dalis buvo laikoma genomo „tamsiąja materija“. Šie eksperimentai pabrėžia, kad nekoduojančios sritys gali veikti kaip lemiami jungikliai: smulkūs pakeitimai, didelės pasekmės.
Vyrų vystymesi pro-sėklidžių veiksniai prisijungia prie Enh13 ir didina Sox9 aktyvumą. Moterų vystymesi priešingi veiksniai prisijungia prie tos pačios srities ir slopina Sox9, kad susidarytų kiaušidės. Bar-Ilan komanda parodė, kad suardžius šį slopinimą, pašalinamas Sox9 stabdis XX embrionuose ir prasideda sėklidžių vystymosi programa.
Paveiksle pavaizduota Enh13 reguliacinė sritis šalia Sox9 geno kaip „mūšio laukas“ tarp lyčių. Pro-moteriški veiksniai slopina Sox9 prisijungdami prie Enh13, tuo tarpu pro-vyriški veiksniai jį aktyvina. Šių priešingų jėgų pusiausvyra galiausiai nulemia, ar vystymasis bus vyriškas, ar moteriškas.
Kaip jie įrodė priežastinį ryšį
Grupė panaudojo taikytą genomo redagavimą, kad atliktų tikslinius vieno ir trijų pagrindų pokyčius Enh13, o vėliau stebėjo pasekmes gyvuose gyvūnuose. Tiek vieno pagrindo įterpimas, tiek trijų pagrindų išbraukimas davė tą patį netikėtą rezultatą: XX pelės išsivystė sėklidės ir vyriški išoriniai požymiai. Ląstelių pagrindu atlikti reporteriniai tyrimai padėjo paaiškinti mechanizmą: smulkūs pokyčiai pakeitė reguliacinių baltymų prisijungimą prie Enh13 sekos, pasukdami molekulinį jėgų traukimą Sox9 aktyvavimo naudai.
Šie atradimai papildo komandos ankstesnius 2024 metų darbus, kurie parodė, kad kitos smulkios mutacijos Enh13 gali pastūmėti vystymąsi priešinga kryptimi, dėl ko XY gyvūnai vystosi kaip patelės. Abi studijos kartu vaizduoja Enh13 ne kaip vienpusišką jungiklį, o kaip dvikryptį valdymo centrą, kurio pusiausvyra turi būti tiksli, kad įvyktų normalus lyties nustatymas.
Dr. Nitzan Gonen iš Bar-Ilan Goodman fakulteto ir Nanotechnologijų bei Pažangiųjų Medžiagų instituto teigia, kad rezultatas pabrėžia, jog reguliacinė DNR gali turėti gilias vystymosi ir ligų pasekmes. Pirmoji daktarantė Elisheva Abberbock pabrėžia, kad žiūrint tik į baltymų koduojančius genus praleidžiama daug galimų priežasčių, lemiančių lyties raidos skirtumus.
Klinikinės ir mokslinės pasekmės
Lyties raidos skirtumai (DSD) pasitaiko maždaug 1 iš 4 000 gimimų pasaulyje. Klinikai daugeliu atvejų gali nustatyti genetinę priežastį sekvenuodami baltymų koduojančias sritis, tačiau daugiau nei pusė DSD atvejų lieka nepaaiškinti. Ši studija rodo, kad reguliacinės mutacijos, paslėptos nekoduojančioje DNR, gali paaiškinti dalį tų neišspręstų atvejų.
Praktiškai šis darbas nurodo naujus diagnostikos kelius: genomo sekvenavimą, apimantį nekoduojančius reguliacinius elementus, funkcinius testus įtariamoms variacijoms patikrinti ir kuruojamas stiprintojų, tokių kaip Enh13, žemėlapių sudarymą, kurios veikia pagrindinius vystymosi genus. Mokslo pusėje tyrėjai greičiausiai išplės paieškas reguliacinių variantų, darančių įtaką kitoms vystymosi kelių grandinėms.
Taip pat kyla etinių ir komunikacijos iššūkių. Diagnostinis reguliacinės mutacijos nustatymas kelia klausimų apie prognozę, konsultavimą ir intervencijų ribas. Varianto buvimas reguliacinėje srityje ne visada nuspėja sunkumą ar tikslią fenotipo išraišką; kontekstas yra svarbus.
Ekspertų įžvalga
„Tai aiškus pavyzdys, kaip genomo valdymo sritys gali veikti kaip sprendimų taškai vystymosi metu“, sako dr. Lena Kovacs, hipotetinė vystymosi genetikė, kalbėdama kaip nepriklausoma komentatorė. „Anksčiau manėme, kad genai yra visa istorija. Dabar matome, kad aplinkiniai jungikliai, stiprintojai ir slopintojai gali pakeisti vystymosi likimą vieno pagrindo pakeitimu. Tai perrašo mūsų supratimą apie genetinę diagnostiką ir kelia reikalavimą išsamesniam funkcinio patvirtinimo taikymui klinikiniuose variantuose.“
Žvelgdami į ateitį, komanda planuoja žemėlapiuoti papildomus stiprintojus, kurie veikia lyties nustatymą, ir išbandyti, kaip natūraliai atsirandančios žmogaus variacijos panašiose srityse galėtų prisidėti prie lyties raidos skirtumų. Platesnė pamoka aiški: genomo valdymo architektūra nusipelno tokio pat įdėmaus tyrinėjimo, kokio ilgai buvo skirta baltymų koduojantiems genams.
Išvada
Vienas pagrindas, viena lemtis. Bar-Ilan rezultatai pateikia įtikinamą argumentą, kad reguliacinė DNR nėra foninis triukšmas, o jėga, galinti pertvarkyti vystymąsi. Tyrėjams ir klinikams šis tyrimas primena žvelgti už genų ribų ieškant įgimtų sutrikimų ištakų.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą