Transkripcijos faktoriai (TF) yra baltymai, kurie jungiasi prie specifinių DNR sekų ir reguliuoja genetinės informacijos transkripciją iš DNR į pasiuntinio RNR (mRNR). Šie baltymai atlieka pagrindinį vaidmenį reguliuojant genų ekspresiją, o tai savo ruožtu daro įtaką daugeliui biologinių procesų ir smegenų funkcijų.
Nors TF buvo daugelio tyrimų tema, jų surišimo dinamika žmogaus audiniuose išlieka menkai suprantama. Šios surišimo dinamikos apšvietimas galėtų padėti geriau suprasti, kaip skirtingų genų ekspresija prisideda prie konkrečių ligų, įskaitant neurodegeneracinius ir psichikos sutrikimus, vystymosi.
Kalifornijos universiteto Irvino ir Mičigano universiteto HudsonAlpha Biotechnologijos instituto mokslininkai neseniai atliko tyrimą, kurio tikslas buvo toliau tirti TF indėlį į genų ekspresiją ir smegenų funkciją. Jų darbas, paskelbtas m Gamtos neuromokslaipristato didžiausią iki šiol sudarytą TF įrišimo duomenų rinkinį, taip atverdamas naujas įdomias galimybes tyrimams.
„Šis projektas kyla iš mano ilgalaikio susidomėjimo, kai baigiau mokyklą 1970-ųjų pabaigoje, suprasti, kaip genai yra išjungiami ir įjungiami skirtingų tipų ląstelėse, sergant ligomis ir ne ligomis, reaguojant į aplinką (įskaitant vaistus ir poveikį skirtingomis sąlygomis) ir organizmo vystymosi bei senėjimo metu“, – „Medical Xpress“ sakė atitinkamas šio straipsnio autorius daktaras Richardas Myersas.
„Mano laboratorija ypač domisi genų reguliavimo vaidmeniu žmogaus nervų sistemoje ir skirtingu genų ekspresijos vaidmeniu sergant neurodegeneracinėmis ir neuropsichiatrinėmis ligomis, taip pat normaliai smegenų funkcijai.
Šį naujausią tyrimą HudsonAlpha institute atliko daktaras Jacobas Lupe, Ashlyn Anderson ir kiti daktaro Myerso laboratorijos darbuotojai, taip pat fakulteto tyrėjas dr. Gregas Cooperis. Jo pagrindinis tikslas buvo ištirti TF, baltymų, kurie gali atpažinti ir prisijungti prie specifinių DNR segmentų, reguliuoti netoliese esančių genų ekspresiją, vaidmenį.
DNR seka, įtraukta į žmogaus genomą, yra identiška visose jo kūno ląstelėse. Esminis TF indėlis yra tai, kad jie padeda nustatyti šių įvairių tipų ląstelių formą ir funkcijas.
„Didžioji dalis genų ekspresijos tyrimų buvo atlikta su kultivuotomis ląstelių linijomis, kurios laboratorijoje auginamos Petri lėkštelėse“, – sakė HudsonAlpha vyresnysis tyrėjas Jacobas Loupe.
„Nors šis metodas yra neįkainojamas norint suprasti genų reguliavimą, labai naudinga tyrinėti šias sistemas tiesiogiai žmogaus audiniuose. Tirdami žmogaus ląsteles iš pomirtinio smegenų audinio, siekiame geriau suprasti, kaip genų reguliavimas formuoja sveiką smegenų funkciją ir kaip sutrikimai gali sukelti psichikos sutrikimus, tokius kaip šizofrenija ir bipolinis sutrikimas.
Tyrinėdami TF, mokslininkai naudojo naujovišką metodą, pradėtą Dr. Myerso laboratorijoje, bendradarbiaudama su dr. Barbara Wold ir jos kolegomis iš Caltech. Šis metodas žinomas kaip ChIP-seq, kuris reiškia Chromatin ImmunoPrecipitation, po kurio seka sekvenavimas.
„Trumpai tariant, mes naudojame antikūną, kuris yra specifinis kiekvienam transkripcijos faktoriui, kad gautume baltymą iš mėginio ir išskirtume DNR fragmentus, surištus transkripcijos faktoriaus”, – paaiškino Loupe. „Tada mes naudojame instrumentus, skirtus milijonams sukurtų DNR fragmentų skaitymui („sekai nustatyti“), ir naudojame skaičiavimo įrankius, kad kiekviena seka būtų suderinta su jos vieta genome.
Neseniai atlikdami tyrimą, daktaras Myersas ir jo kolegos taikė ChIP-seq metodus kelioms išpjaustytoms smegenų sritims, daugiausia dėmesio skirdami beveik 100 TF. Tai leido jiems sukurti „žemėlapį“, apibūdinantį smegenų sritis genome, kuriuos aktyvuoja arba slopina kiekvienas TF.
„Eksperimentai buvo atlikti su devyniais skirtingais smegenų regionais, įskaitant prefrontalinę žievę, kuri yra susijusi su aukšto lygio kognityvinėmis funkcijomis, ir hipokampą, kuris yra susijęs su atmintimi“, – sakė Loupe.
„Kai kuriems eksperimentams mes panaudojome metodą, žinomą kaip srauto citometrija, kad atskirtume skirtingus ląstelių tipus, pavyzdžiui, neuronus, kad galėtume gauti dar aiškesnį genų reguliavimo vaizdą.
„Pomirtiniai audiniai šiame tyrime buvo dosniai paaukoti iš keturių asmenų ir jų šeimų, be kurių šis tyrimas nebūtų buvęs atliktas, ilgą laiką bendradarbiaujant su Pritzker neuropsichiatrinių tyrimų konsorciumo nariais keliuose JAV universitetuose.
Be to, kad išsiaiškintų, kaip atskiri baltymai jungiasi su žmogaus DNR, daktaras Myersas ir jo kolegos atliko integracinę analizę, sujungdami visus surinktus duomenų rinkinius ir nustatydami smegenų sritis, kuriose baltymų surišimas yra gausus, taip pat regionus, kuriuose jo trūksta.
Jie išsiaiškino, kad įdomiausi gali būti smegenų regionai, surišti tik kelių TF, nes šiuose regionuose net nedidelis pokytis gali turėti didelės įtakos netoliese esantiems genams.
„Mes taip pat įtraukėme kitus genomo masto tyrimus, kurie matuoja genomo regionų ryšį su konkrečiomis ligomis, ir nustatėme keletą transkripcijos faktorių, kurių užimtumas yra žymiai praturtintas rizikos variantais, susijusiais su neuropsichiatriniais sutrikimais, daugiausia neuronuose“, – sakė Myersas.
„Tikimės, kad mūsų išvados padės tyrėjams rasti baltymų ir būdų, kurie gali būti potencialūs gydymo būdai.”
Mokslininkai atliko daugybę eksperimentų su keliais smegenų regionais, priklausančiais skirtingiems donorams. Tai galiausiai leido jiems sukurti tai, kas iki šiol yra didžiausia TF surišimo duomenų saugykla žmogaus audiniuose.
Jų sudarytas duomenų rinkinys netrukus gali tapti vertingu šaltiniu mokslininkams visame pasaulyje, leidžiančiu ištirti TF, genų reguliavimą ir jų poveikį konkrečioms smegenų funkcijoms. Be to, duomenų rinkinys galėtų padėti atskleisti specifinius TF surišimo sutrikimus, kurie gali prisidėti prie konkrečių ligų ir psichikos sutrikimų.
„Vienas iš pagrindinių genetikos iššūkių yra suprasti ryšį tarp genų reguliavimo ir ligos”, – sakė Myersas. „Dėl transkripcijos faktorių gebėjimo atpažinti konkrečią DNR seką ir paveikti netoliese esančius genus, jie yra būtini norint suprasti šį ryšį. Vienas iš būdų suprasti šį mechanizmą yra ieškoti galimų surišimo vietų, esančių šalia dominančių genų, variantų ir daryti išvadą apie jų poveikį pasroviui molekulinei struktūrai. keliai“.
Nors tiriant surišimo vietų, esančių šalia dominančių genų, skirtumus, galima gauti vaisingų prognozių, šios prognozės turėtų būti papildytos eksperimentiniais duomenimis. Konkrečiai, neurologai taip pat turėtų išmatuoti sąveiką tarp TF surišimo ir ligos, kad atskleistų DNR sekų pokyčių poveikį galimiems jų surišimo partneriams.
„Šiuo metu atliekame gilesnę šio tyrimo duomenų analizę, kad išsiaiškintume, kaip genetiniai skirtumai tarp dviejų donorų gali paskatinti transkripcijos faktoriaus prisijungimo prie sveikatos ir ligų pokyčius“, – pridūrė Myersas.
„Be to, atlikome dar daugiau eksperimentų su didesne ir įvairia donorų grupe, turinčia įvairių psichikos sutrikimų istoriją, kad išsiaiškintume, ar yra transkripcijos faktoriaus aktyvumas, susijęs su ligos būkle, ir kaip konkretūs DNR pokyčiai gali tai paskatinti. reiškinys“.