Zrozumienie rozwoju ludzkiej trzustki ma kluczowe znaczenie dla umożliwienia naukowcom wytworzenia komórek beta wytwarzających insulinę w celu wyleczenia cukrzycy typu 1. Teraz naukowcy dokonali wyjątkowego i zaskakującego odkrycia — gen niezbędny do budowy trzustki u ludzi nie występuje u prawie wszystkich innych zwierząt.

Komórki beta trzustki wytwarzają insulinę regulującą poziom cukru we krwi. Każdy ssak potrzebuje komórek beta trzustki, aby przeżyć. W stwierdzonej cukrzycy typu 1 nie ma działających komórek beta lub jest ich bardzo niewiele.

Artykuł zatytułowany „ZNF808 specyficzny dla naczelnych jest niezbędny do rozwoju trzustki u ludzi” opublikowany w czasopiśmie Genetyka natury podważa założenia dotyczące ewolucji regulacji rozwoju.

Do tej pory naukowcy zakładali, że geny niezbędne do rozwoju kluczowych narządów i funkcji zostały w dużym stopniu zachowane w wyniku ewolucji, co oznacza, że ​​szlak genetyczny pozostaje taki sam u różnych gatunków, od ryb po ludzi. Jednakże gen nazwany ZNF808 występuje tylko u ludzi, innych małp człekokształtnych, takich jak szympansy i goryle, oraz u niektórych małp, takich jak makaki.

Badania przeprowadzili naukowcy ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu w Exeter, Uniwersytetu w Cambridge i Uniwersytetu Helsińskiego w Finlandii. Badanie pokazuje, jak bardzo ludzie mogą różnić się od innych zwierząt często wykorzystywanych w badaniach, takich jak myszy, podkreślając znaczenie badania ludzkiej trzustki.

Główna autorka, dr Elisa De Franco ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu w Exeter, powiedziała: „Nasze odkrycie jest naprawdę zaskakujące — to jedyny znany nam przykład sytuacji, w której gen niezbędny do rozwoju narządu u ludzi i naczelnych jest nieobecne u innych zwierząt.”

„Można by się spodziewać, że gen występujący tylko u naczelnych będzie regulować cechę specyficzną dla naczelnych, taką jak wielkość mózgu, ale tak nie jest w przypadku tego genu, który zamiast tego bierze udział w rozwoju narządu wspólnego dla wszystkich kręgowców! Uważamy, że to pokazuje, że u wyższych naczelnych musiała nastąpić zmiana ewolucyjna, aby osiągnęła jakiś cel.”

Starszy autor, profesor Andrew Hattersley ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu w Exeter, powiedział: „Jedna z hipotez, którą badamy, głosi, że trzustka płodu przynosi korzyści ewolucyjne. Ludzkie dzieci rodzą się przez miednicę, więc nie mogą pozostać w macicy przez długi czas, ponieważ urosną zbyt duże do porodu.”

„Zamiast radzić sobie z wczesnym urodzeniem i koniecznością przetrwania bez ciągłego karmienia, muszą urodzić się z większą ilością tłuszczu niż jakiekolwiek inne zwierzę. Tłuszcz ten odkłada się, gdy trzustka płodu wytwarza więcej insuliny. Nasze badania wykazały, że płody ludzkie mają większy wzrost związany z insuliną niż u innych zwierząt”.

Doktor Nick Owens ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu w Exeter powiedział: „To badanie naprawdę podkreśla znaczenie badania ludzkiej trzustki w celu zrozumienia i znalezienia nowych metod leczenia cukrzycy. Badania na zwierzętach są ważne, ale mogą nam tylko powiedzieć, co to jest Wiemy, że istnieją zasadnicze różnice między ludźmi a innymi zwierzętami, takimi jak myszy, które często są przedmiotem badań w tej dziedzinie. Ludzka trzustka różni się wyglądem, działaniem i rozwojem. Nasze odkrycie genetyczne może pomóc nam zrozumieć, dlaczego tak właśnie jest.”

ZNF808 należy do rodziny niedawno wyewoluowanych białek, które wiążą i „wyłączają” określone regiony DNA, które również rozwinęły się niedawno pod względem ewolucyjnym. Te regiony DNA przez dziesięciolecia należały do ​​regionów uznawanych za „śmieciowe” DNA bez żadnego sensownego przeznaczenia, ale nowa technologia pozwoliła nam ostatnio odkryć ich funkcje. Nasze odkrycia potwierdzają, że te regiony naszego DNA odgrywają ważną rolę w rozwoju człowieka.

Dr Michael Imbeault z Uniwersytetu w Cambridge powiedział: „Te odkrycia pokazują, że geny takie jak ZNF808, nawet jeśli ewolucja jest stosunkowo „niedawna”, mogą odgrywać kluczową rolę w rozwoju człowieka. ZNF808 jest członkiem największej, ale także najmniejszej badali rodzinę białek regulujących nasz genom. W naszym DNA znajdują się setki genów, takich jak ZNF808, wiele z nich jest specyficznych dla naczelnych, a nawet dla ludzi, a nasze wyniki pokazują, że mogą one odgrywać kluczową rolę w zdrowiu człowieka”.

Identyfikacja ZNF808 jako zaangażowanego w rozwój ludzkiej trzustki nastąpiła po tym, jak naukowcy z Uniwersytetu w Exeter zbadali próbki genetyczne od pacjentów z całego świata, którzy urodzili się bez trzustki, i odkryli, że u wszystkich występowały zmiany genetyczne skutkujące utratą ZNF808.

Następnie połączyli siły z kolegami z uniwersytetów w Cambridge i Helsinkach, aby zbadać wpływ utraty ZNF808 za pomocą komórek macierzystych w laboratorium. Wyniki pokazały, że ZNF808 odgrywa ważną funkcję na wczesnym etapie rozwoju człowieka, kiedy komórki muszą „zdecydować”, czy stać się trzustką, czy wątrobą.

Wśród osób, które udostępniły swoje próbki genetyczne, była 12-letnia Tania Bashir z Luton. Jej ojciec Imran Bashir z zadowoleniem przyjął postępy zespołu z Exeter. „Posiadanie odpowiedzi na pytanie, dlaczego tak się stało, jest ważne. Zawsze chcieliśmy to wiedzieć – teraz to robimy. Następnym ważnym krokiem jest zrozumienie, co to oznacza dla przyszłości nauki. Moim marzeniem jest, aby pewnego dnia naukowcy zmodyfikować genetycznie komórkę macierzystą i wyhodować ludzką trzustkę, a następnie wszczepić ją Tani i potencjalnie ją wyleczyć. Nie wiem, czy kiedykolwiek będzie to możliwe, ale wiem, że to zrozumienie jest kluczowym krokiem naprzód”.

Profesor Timo Otonkoski z Uniwersytetu w Helsinkach powiedział: „Wkład osób urodzonych bez trzustki miał fundamentalne znaczenie dla tego odkrycia. Nikt nigdy by nie pomyślał, że ZNF808 odgrywa rolę w rozwoju trzustki, gdybyśmy nie odkryli zmian w tym genie w tych pacjentów.”

„Ostatecznym celem naszych badań jest przełożenie tej wiedzy na możliwość manipulowania komórkami macierzystymi w celu wytworzenia w laboratorium komórek beta, które mogą wytwarzać insulinę. Może to być kluczem do wyleczenia cukrzycy typu 1. Nasze odkrycie jest znaczącym krokiem w zrozumieniu, co czyni ludzką trzustkę wyjątkową, co może pomóc w rozwoju tej dziedziny.”

Doktor Elisa de Franco ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu w Exeter powiedziała: „Nasze odkrycia naprawdę pokazują, jak ważne jest badanie DNA osób cierpiących na rzadkie choroby, aby zrozumieć, w jaki sposób rozwijają się i funkcjonują narządy. Jesteśmy niezmiernie wdzięczni osobom takim jak Tania i jej rodziny, bez nich to wszystko nie byłoby możliwe.”