Uważa się, że typ mutacji wpływa na globalną aktywność genów w badaniu komórek CF | Wyniki badań komórkowych mogą pomóc wyjaśnić dużą zmienność wyników pacjentów
Unikalne globalne zmiany w aktywności genów i produkcji białek były powiązane z różnymi typami mutacji w CFTR genu, leżącego u podstaw mukowiscydozy (CF), ujawniło badanie komórkowe.
Dane pokazują, że zmiany te były najprawdopodobniej spowodowane próbą poradzenia sobie przez komórkę z globalnymi zmianami aktywności genów spowodowanymi przez każdy typ mutacji, a nie odpowiedzią na faktyczne defekty w białku CFTR.
Odkrycia te mogą również częściowo pomóc w wyjaśnieniu dużej zmienności wyników klinicznych u pacjentów żyjących z mukowiscydozą i zasugerować „specyficzne dla mutacji zmiany w szlakach komórkowych, które mogą mieć znaczenie terapeutyczne” – zauważyli naukowcy.
Badania, „Sygnatury zależne od klasy mutacji przeważają nad procesami związanymi z chorobą w komórkach mukowiscydozy” ukazało się w czasopiśmie Komórka i biologia.
Ponad 2100 CFTR zidentyfikowano mutacje genów
The CFTR zawiera instrukcje tworzenia białka CFTR, które działa jak brama w błonach komórkowych, regulując przepływ jonów chlorkowych i wody do iz komórek.
Ludzie z mukowiscydozą są nosicielami mutacji w CFTR gen powodujący wadliwe białko CFTR, które zmienia przepływ chlorków i równowagę wodną, powodując gromadzenie się gęstego i lepkiego śluzu, szczególnie w płucach i układzie pokarmowym.
Do tej pory ponad 2100 CFTR Zidentyfikowano mutacje genów, które podzielono na siedem klas w zależności od ich wpływu na białko CFTR. Na przykład najczęstsza mutacja powodująca mukowiscydozę jest znana jako F508del i należy do klasy 2, w której CFTR mutacje prowadzą do nieprawidłowego fałdowania i degradacji białka CFTR, uniemożliwiając mu dotarcie do błony komórkowej.
Inny CFTR klasy mutacji opierają się na upośledzonej produkcji białek CFTR, niestabilności białek lub niezdolności do regulowania przepływu chlorków i wody.
Jednak różnorodność CFTR mutacje nie wyjaśniają w pełni dużej zmienności wyników klinicznych u pacjentów z mukowiscydozą, co sugeruje, że defekty genetyczne związane z chorobą mogą również wpływać na inne geny i białka w komórkach.
Wyniki te sugerują, że większość zmian wykrytych w [gene activity] jest bardziej prawdopodobne, że będzie konsekwencją próby poradzenia sobie przez komórkę ze zmianami w ekspresji genów wywołanymi przez każdy typ mutacji niż reprezentacją odpowiedzi na rzeczywistą utratę funkcji CFTR [protein].
Narzędzie do edycji genów CRISPR użyte w badaniu
Aby się tego dowiedzieć, naukowcy z Uniwersytetu w Lizbonie w Portugalii przeprowadzili badanie, w którym przeanalizowali globalne wzorce aktywności genów i produkcji białek związane z różnymi podstawowymi klasami CFTR mutacje.
Narzędzie do edycji genów CRISPR zostało użyte do wprowadzenia tych mutacji do ludzkich komórek nabłonka oskrzeli, tych, które wyścielają drogi oddechowe. Obejmowało to mutację G542X (klasa 1, wadliwa produkcja białka), F508del i N1303K (klasa 2), G551D (klasa 3, upośledzona bramka) i I1234V (klasa 5, niski poziom białka).
Zastosowano różne techniki w celu wykrycia genów (DEG) i białek (DEP) o różnej ekspresji, co oznacza globalne zmiany w aktywności genów i produkcji białek powodowane przez każdy typ mutacji w porównaniu z komórkami kontrolnymi, które nie uległy zmianie.
Analiza aktywności genów wykazała liczbę DEG dla każdego CFTR mutacja wahała się od 416 w mutancie I1234V do 1304 w mutancie N1303K. Dwie mutacje klasy 2 (F508del i N1303K) znacznie różniły się od innych klas, z dwukrotnie większą liczbą DEG niż inne CFTR mutacje i dzieląc najwyższy odsetek DEG — 73% z F508del i 65% z N1303K.
Dla porównania, wszystkie inne mutacje dzieliły do 30% DEG, z czego około jednej trzeciej (38 DEG) znaleziono we wszystkich klasach mutacji genów. Istniała również znaczna liczba unikalnych DEG, w zakresie od 137 (G551D) do 329 (N1303K).
„Wzięte razem, wyniki te sugerują, że większość zmian wykrytych w [gene activity] jest bardziej prawdopodobne, że będzie konsekwencją próby poradzenia sobie przez komórkę ze zmianami w ekspresji genów wywołanymi przez każdy typ mutacji niż reprezentacją odpowiedzi na rzeczywistą utratę funkcji CFTR [protein]” – napisali naukowcy.
Analiza produkcji białek wykryła średnio 340 DEP, w zakresie od 282 do 443. Liczba DEP i DEG mieściła się w podobnym zakresie, z wyjątkiem mutacji klasy 2 z ponad 1000 DEG, zauważyli naukowcy. Odkryli, że 36 z 443 DEP było wspólnych we wszystkich liniach komórkowych.
Ponadto około 70% DEP z mutacji N1303K było wspólnych z F508del, co było o ponad 40% wyższe niż białka wspólne z którąkolwiek z pozostałych trzech mutacji.
Połączenie danych dotyczących aktywności genów i produkcji białek wykazało, że około 810 (97,3%) zmian białek pasowało do zmian aktywności genów, które naukowcy nazwali „wykrytymi transkrypcjami translacji” (Dtt). Analiza korelacji wykazała, że 60% zmienności poziomów białka wyjaśniono zmiennością aktywności genów.
„Zaobserwowane globalne zmiany korelują z klasą mutacji” – twierdzą naukowcy
Zespół zauważył, że zróżnicowaną ekspresję zidentyfikowano głównie na poziomie białek, co sugeruje, że zmiany w produkcji białek wpłynęły na CFTR mutacje wynikają przede wszystkim z procesów regulacyjnych zachodzących po wytworzeniu białek.
Natomiast mutacje klasy 2 (F508del i N1303K) wykazały największą liczbę połączonych Dtt gen-białko, które były regulowane na poziomie genetycznym. Żaden Dtt nie był wspólny dla wszystkich mutacji.
Jeśli chodzi o Dtts wspólne dla dwóch lub więcej linii komórkowych, największe nakładanie się wystąpiło między F508del i N1303K – z 15 wspólnymi Dtts, z których 13 było wyłącznych z tej pary.
„Ta obserwacja dodatkowo potwierdza hipotezę, że zaobserwowane globalne zmiany korelują z klasą mutacji” – napisał zespół.
„Niniejsze badanie dostarcza globalnego obrazu genów i białek, które ulegają zróżnicowanej ekspresji w ludzkich komórkach oskrzeli w wyniku prototypowego CFTR mutacje” – napisali naukowcy.
„Nasza praca dostarcza ważnych nowych informacji, które wykraczają poza patologię molekularną mukowiscydozy i CFTR [loss-of-function] do globalnych poszukiwań identyfikacji celów molekularnych dla zaburzeń genetycznych za pomocą [gene activity] I [protein production] podejść” – dodali.
