Naukowcy z Francis Crick Institute, King’s College London i University College London rzucili światło na genetykę zmian w strukturze i kształcie twarzy i głowy u myszy z zespołem Downa.

Opisany w artykule opublikowanym dzisiaj w Rozwójnaukowcy odkryli, że posiadanie trzeciej kopii genu Dyrk1a a co najmniej trzy inne geny były odpowiedzialne za te zmiany zachodzące w rozwoju – zwane dysmorfologią twarzoczaszki – które obejmują skrócenie długości tyłu do przodu i poszerzenie średnicy głowy.

Dotykający 1 na 800 żywych urodzeń zespół Downa jest znany jako „zaburzenie dawkowania genu” – co oznacza, że ​​obejmuje zmiany w liczbie kopii genu. Osoby z zespołem Downa mają trzy kopie chromosomu 21 zamiast dwóch. Posiadanie trzech kopii pewnych genów na tym chromosomie powoduje objawy typowe dla zespołu Downa, ale nie wiadomo jeszcze, które geny są za to odpowiedzialne.

Korzystając z inżynierii genetycznej, zespoły kierowane przez Victora Tybulewicza z Francis Crick Institute i Elizabeth Fisher z University College London stworzyły szczepy myszy z duplikacjami trzech regionów na mysim chromosomie 16, co naśladuje posiadanie trzeciego chromosomu 21. Myszy wykazują wiele cech związanych z Zespół Downa, w tym zmiany kształtu twarzy i czaszki.

Poprzednie badania powiązały gen o nazwie Dyrk1a do aspektów zespołu Downa, więc naukowcy chcieli sprawdzić, jak to wpłynęło na dysmorfologię twarzoczaszki.

Współpracując teraz z grupą Jeremy’ego Greena w King’s College London, pokazali myszom dodatkową kopię Dyrk1a miał zmniejszoną liczbę komórek w kościach z przodu czaszki i na twarzy. Również stawy chrzęstne u podstawy czaszki, zwane chrząstkozrostami, były nienormalnie zrośnięte. Efekty te zostały częściowo odwrócone, gdy trzeci egzemplarz Dyrk1a został usunięty, pokazując, że trzy kopie Dyrk1a są niezbędne do wywołania tych zmian w czaszce.

Naukowcy uważają, że posiadanie trzeciej kopii Dyrk1a hamuje wzrost komórek grzebienia nerwowego, które są potrzebne do tworzenia kości z przodu czaszki.

oprócz Dyrk1abadania wykazały, że trzy inne geny również przyczyniają się do zmian w czaszce, ale potrzeba więcej badań, aby potwierdzić ich tożsamość.

Victor Tybulewicz, kierownik grupy Laboratorium Zespołu Downa w Crick, który pracował z pierwszym autorem Yushi Redhead, powiedział: „Obecnie istnieją ograniczone metody leczenia aspektów zespołu Downa, które mają negatywny wpływ na zdrowie ludzi, takich jak wrodzone wady serca i funkcje poznawcze. upośledzenie, więc bardzo ważne jest, abyśmy ustalili, które geny są ważne.

„Zrozumienie genetyki związanej z rozwojem głowy i twarzy daje nam wskazówki dotyczące innych aspektów zespołu Downa, takich jak choroby serca. Ponieważ Dyrk1a jest tak kluczowa dla dysmorfologii twarzoczaszki, że jest wysoce prawdopodobne, że bierze udział także w innych zmianach w zespole Downa”.

Naukowcy z King’s College London wykorzystali narzędzia do pomiaru kształtu, aby odwzorować zmieniający się kształt czaszki myszy. Pokazały one zmiany w kształcie czaszki, które były niezwykle podobne do tych obserwowanych u osób z zespołem Downa.

Z pomocą wspaniałych współpracowników z University of Calgary w Kanadzie i grupy zajmującej się oprogramowaniem do obrazowania medycznego w King’s, byliśmy w stanie zastosować zarówno dość tradycyjne, jak i bardzo nowatorskie metody porównywania złożonych kształtów anatomicznych. Były one wystarczająco czułe, aby wykrywać różnice nawet na etapach płodowych. Pomogło nam to nie tylko ustalić lokalizację genów, które powodują zespół Downa, ale także uzyskać wskazówki, w jaki sposób te geny powodują różnice, które powodują”.

Jeremy Green, profesor biologii rozwojowej, King’s College London

Badania te stanowią część trwającego projektu mającego na celu zrozumienie genetyki zespołu Downa. Naukowcy będą następnie dążyć do zidentyfikowania genów odpowiedzialnych za wady serca i zaburzenia funkcji poznawczych, przybliżając nas o krok do zrozumienia, w jaki sposób opracować ukierunkowane metody leczenia aspektów zespołu Downa, które mają wpływ na zdrowie.