Nowe badanie prowadzone przez Uniwersytet Kalifornijski w Irvine ujawniło potencjalną zmianę w naszej podstawowej wiedzy na temat przyczyn wad wrodzonych, które każdego roku dotykają około 3 procent dzieci urodzonych w Stanach Zjednoczonych. Odkrycia otwierają nowe ścieżki badań w zakresie strategii wczesnego wykrywania i zapobiegania.

Praca, opublikowana niedawno w czasopiśmie Science Advances, zidentyfikowała kluczowe interakcje genetyczne na najwcześniejszych etapach rozwoju embrionalnego, które pozwalają przewidzieć wady wrodzone charakterystyczne dla zespołu Cornelii de Lange i mogą dostarczyć wskazówek na temat genetycznego pochodzenia wielu typów wad wrodzonych.

Naukowcy dokonali głębokiego odkrycia w związku z genem Nipbl – którego niedobór jest przyczyną większości przypadków zespołu Cornelii de Lange – i jego skomplikowanym powiązaniem z innym genem, Nanog.

„Nasze dane sugerują, że Nipbl i Nanog są czymś więcej niż tylko niezbędnymi graczami we wczesnym rozwoju embrionalnym. Są to kluczowe regulatory, które, jeśli zostaną razem źle uregulowane, mają dalekosiężny wpływ na embriogenezę oraz rozwój wielu tkanek i narządów” – powiedział współautor Stephenson Chea, absolwent Uniwersytetu Kalifornijskiego w dziedzinie rozwoju i biologii komórki.

To kluczowe przedsięwzięcie rozpoczęło się od nowatorskiego podejścia do mapowania ekspresji genów we wczesnych komórkach embrionalnych. Stosując sekwencjonowanie RNA pojedynczych komórek i innowacyjne techniki bioinformatyczne, zespół sporządził wykres profilu ekspresji genów każdej populacji komórek obecnych podczas gastrulacji, będącej podstawowym etapem rozwoju. Różnice zaobserwowane w ekspresji genów i wielkości populacji komórek pomiędzy prawidłowymi embrionami a tymi, w których brakowało Nipbl, dostarczyły bezprecedensowego wglądu w najwcześniejsze przyczyny wad wrodzonych.

„Po raz pierwszy w przypadku tego złożonego zespołu rozwojowego udało nam się odkryć tak głębokie różnice w ekspresji genów w kluczowym momencie rozwoju, co prowadzi nas do przekonania, że ​​zaczynamy rozumieć fundamentalny aspekt sposobu, w jaki poród wrodzony wady powstają na wczesnym etapie rozwoju” – powiedziała współautorka Anne Calof, profesor anatomii i neurobiologii na UCI.

Konsekwencje sięgają daleko i szeroko. Określenie etapów, w których ścieżki rozwojowe różnych tkanek rozchodzą się ze względu na anomalie genetyczne, stwarza możliwość interwencji medycznej.

„Zrozumienie tego dokładnego czasu otwiera okno nie tylko na diagnozę, ale potencjalnie na identyfikację biomarkerów, które byłyby również ważne dla opracowania interwencji terapeutycznych. W tym miejscu nasze badania łączą się z zastosowaniami w świecie rzeczywistym” – powiedział członek zespołu Arthur Lander, profesor UCI Donald Bren i wybitny profesor biologii rozwojowej i komórkowej.

Wczesne wykrywanie i interwencja w przypadku wad wrodzonych może znacząco poprawić wyniki życiowe i zmniejszyć długoterminowe koszty opieki zdrowotnej, z korzyścią dla dotkniętych nimi osób, ich rodzin i całego społeczeństwa.

Badanie podkreśla krytyczne przejście od obserwacji do działania w badaniach genetycznych. Zdobyta wiedza zapewnia ramy dla dalszych badań, które pewnego dnia mogą doprowadzić do opracowania terapii zapobiegawczych, zapewniających dzieciom na całym świecie zdrowszy start w życie.

Inni członkowie zespołu to Martha E. Lopez-Burks, pracownik naukowy UCI ds. rozwoju i biologii komórki; Jesse Kreger, doktorant z biologii systemów na USC; oraz Adam L. MacLean, adiunkt USC w dziedzinie biologii ilościowej i obliczeniowej.

Praca ta została wsparta nagrodami Narodowego Instytutu Zdrowia R01HL138659, R01DE019638 i R35GM143019.