Плодовые мухи: «живые пробирки» для быстрого скрининга гена человека, вызывающего болезнь

Плодовые мухи:
                Плодовая муха — это модель лабораторного животного, которая работает как «живая пробирка», в которой исследователи могут проверить роль, которую гены могут играть в человеческих условиях. Предоставлено: С. Ямамото/Медицинский колледж Бейлор.

Все началось с одного молодого пациента; 7-летний мальчик, который родился без вилочковой железы, важного органа иммунной системы и без функциональных иммунных клеток. У мальчика также были дефекты сердца и скелета, дисморфные черепно-лицевые особенности и некоторые признаки аутистического поведения.
                                                                                       

«Его врачи думали, что у него было много особенностей, обычно наблюдаемых у детей с синдромом хромосомной делеции 22q11.2», — сказал соответствующий автор этой работы доктор Шинья Ямамото, доцент кафедры молекулярной и человеческой генетики в Медицинском колледже Бейлора и исследователь в Институт неврологических исследований им. Яна и Дана Дунканов при детской больнице Техаса.

Интересно, что его сестра и мать также имели схожие дефекты, но в более мягкой форме. Удивительно, но ни одна из них не несла хромосомную делецию 22q11.2, связанную с этим синдромом, или не имела изменений в гене TBX1, который находится внутри этой делеции.

«Это побудило исследователей из Университета Дьюка, доктора Вандана Шаши, доктора Лорен Пена и генетического консультанта Келли Шох, которые входят в сеть недиагностированных заболеваний, провести анализ последовательности всего генома в этой семье», — сказал Ямамото./р>

Эти тесты выявили наличие редкого миссенс-варианта — p.R20Q — в гене TBX2 у всех трех затронутых членов семьи. Чтобы идентифицировать дополнительных пациентов с редкими вариантами этого гена, команда использовала GeneMatcher, веб-сайт, разработанный Центрами менделевской геномики, чтобы объединить врачей и исследователей, которые разделяют интерес к одному и тому же гену.

GeneMatcher позволил идентифицировать четвертого пациента, которого видели врачи в детской больнице Кука в Форт-Уэрте, штат Техас. У этого пациента были те же клинические признаки, что и у исходного пациента, но у него был другой миссенс-вариант — p.R305H — в гене TBX2. TBX2 принадлежит к семейству T-box генов эволюционно консервативных транскрипционных факторов, которые играют решающую роль в эмбриональном развитии сердца, конечностей, пальцев и областей мозга. Изменения в 12 из 17 членов этого семейства генов были идентифицированы как причины разнообразных многоорганных синдромов развития в прошлом.

Дальнейшие анализы, проведенные постдокторантами доктором Нинг Лю и доктором Си Луо в Медицинском колледже Бейлора, показали, что у пациентов с генетическими вариантами TBX2 были снижены уровни белков TBX2. Недостаток белка приводит к снижению способности белков выполнять свои функции, то есть подавлять экспрессию других генов.

Хотя в предыдущих исследованиях было установлено, что ген TBX2 играет существенную роль в развитии мышей, а хромосомные делеции и дупликации с участием человеческого гена TBX2 были связаны с сердечными и скелетными дефектами человека, прямая связь между патогенными мутациями в TBX2 и менделевцами синдром не был описан ранее.

«Живая пробирка»

«Определить функциональные последствия миссенс-мутаций, таких как эти, — мутации, которые изменяют одну аминокислоту в белке — все еще очень трудно, даже с помощью различных инструментов биоинформатики», — сказал Ямамото.

Вот где появилась плодовая муха. Для дальнейшей оценки биологической значимости мутаций TBX2 на сложных сигнальных путях у интактного животного исследователи разработали и провели несколько анализов на плодовых мушках в лабораториях доктора Ямамото, доктора. Майкл Ванглер и доктор Хьюго Беллен, курирующие Центр скрининга модельных организмов UDN, расположенный в Бэйлоре.

«Мы использовали плодовых мух в качестве» живых пробирок «, в которых мы проверили влияние вариаций гена TBX2 на различные биологические процессы и пути», — сказал Ямамото.

Как правило, исследователи изучают генетические основы заболевания на мышах или других животных моделях, представляя в моделях генные мутации, которые имитируют ключевые характеристики изучаемого состояния человека. Однако есть случаи, когда заболевания животных трудно имитировать на животных моделях, но в этих случаях лабораторная плодовая муха дает возможность быстро предоставить функциональную информацию о редких и потенциально вызывающих заболевание мутациях. Исследователи подошли к загадке гена TBX2, работая как с клетками в лаборатории, так и с плодовыми мухами, проводя морфологические и функциональные анализы, которые, по-видимому, не связаны с условиями пациентов. Эти исследования выявили связь между врожденными пороками сердца, скелетными аномалиями, иммунными и эндокринными дефектами у пациентов и частичной потерей функции белка TBX2.

«Кровеносная и иммунная системы человека и мухи структурно различаются, и у мух нет системы эндоскелета. Поэтому в этом исследовании вместо использования плодовых мушек для моделирования симптомов, обнаруженных у пациентов, мы использовали мух как быстрое диагностический инструмент для проверки того, имеют ли функциональные различия в TBX2, которые мы обнаружили в клетках в лаборатории, биологическое значение для живого животного «, — сказал Ямамото. «Эквивалент плодовой мухи человеческого гена TBX2, называемый бифид, важен для правильного развития мухи, особенно для зрительной и нервной систем. Мы использовали развитие и функцию сетчатки глаз взрослой плодовой мухи как показатель активности гена TBX2. «

В соответствии с результатами экспериментов на клетках эксперименты с плодовыми мухами показали, что генетические варианты TBX2 у пациентов умеренно влияют на развитие глаз мухи, функцию сетчатки и продолжительность жизни, что однозначно указывает на патогенный потенциал этих вариантов. .

«Это исследование дает представление о том, как плодовые мухи могут быть использованы в качестве инструмента быстрого скрининга для выявления потенциально патогенных генов человека», — сказал Ямамото.

Прочитайте все подробности об этой работе, а также полный список авторов и их принадлежность в журнале Human Molecular Genetics ./p>

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *