Gene skaitymo kokybės kontrolės mechanizmo nesugebėjimas, vadinamas integratoriaus lapais, ląstelėmis, užpildytomis nenormaliomis RNR grandinėmis, kurios padidina ląstelių stresą ir gali prisidėti prie tokių ligų kaip vėžys ir neurodegeneracija, nustatyta naujame tyrime.
Tyrimas, paskelbtas Ląstelėyra pirmasis, kuris atskleidžia tokių nesėkmių pasekmes. Tai darydamas paaiškina kai kurie simptomai, pastebėti pacientams, sergantiems integraatoriaus mutacijomis, kurie suklupo gydytojus, ir siūlo kelią į gydymą.
„Paprastai galite pažvelgti į pakitusią genų aktyvumą pacientams, sergantiems mutacija, ir suprasti, kaip jūs iš ten patenkate į paciento simptomus. Tačiau su integratoriumi genų aktyvumas nepaaiškina simptomų”, – sakė Harvardo medicinos mokyklos Blavatniko instituto Edvardo S. Harkneso vyresnioji autorė Karen Adelman.
„Mes sužinojome, kad tai nėra tam tikri genai, sukeliantys simptomus, tai yra prastos kokybės, neišsamios RNR gausa, kuri yra pagamintos integratoriui mutavus“,-sakė ji.
Rezultatai reikalauja daugiau dėmesio į neišsamias RNR, į kurias paprastai nepastebėta tyrimų ir medicinos srityse.
„Aš ilgą laiką tyrinėjau genų transkripciją, o daugiausia dėmesio buvo skiriama subrendusiam, pilno ilgio RNR, pagamintai iš kiekvieno geno, matavimui“,-teigė Adelmanas. „Mes siūlome, kad nesubrendusi RNR, kurios dauguma tyrimų ignoruoja, yra tas dalykas, kuris sukelia ląstelių stresą ir pažeidimus.”
Naujasis darbas atveria duris geriau suprasti ligas, susijusias ne tik su integraatoriaus mutacijomis, bet ir su kitais, panašiais RNR gamybos gedimais.
Genų maratono pabaigos svarba
Integratorius yra vienas iš daugelio baltymų kompleksų ląstelės branduolyje, kuris padeda kontroliuoti, kuriuos genus galima „skaityti“ ir galiausiai išversti į baltymus, kurie atlieka gyvenimo funkcijas.
Adelmanas ir kolegos, kuriems vadovauja pirmasis autorius Apoorva Baluapuri, biologinės chemijos ir molekulinės farmakologijos mokslo darbuotojas Adelmano laboratorijoje, suaktyvėjo integraatoriuje, nes jo mutacijos buvo susijusios su neurologiniais ir kraujo sutrikimais, vėžiais, ciliopatijomis, vystymosi prieštaravimais ir kitomis ligomis.
„Integrator“ užtikrina, kad mašinos, ruošančios skaityti genų seką, gali tai padaryti iki pat geno galo. Tai gali būti gana ilgų genų iššūkis.
„Tai panašu į tai, kaip lenktynių pareigūnai neleidžia pasirodyti atsitiktiniam asmeniui, kad galėtų vykdyti Bostono maratoną; jie rengia laiko bandymus, kad įsitikintų, jog bėgikai gali baigti”, – teigė Adelmanas.
Tačiau kartais, kai integratorių komplekse yra mutacija, mašinos, kurios neatitinka užduoties, patenka į geną.
„Tai panašu į tai, kad leisčiau man pradėti maratoną. Tai būtų gerai trumpam atstumui, bet aš niekada nesigilinčiau į pabaigą”, – sakė Adelmanas.
Tai lemia neišsamias RNR, kuriose yra potencialiai kenksmingos sekos, vadinamos intronais.
Daugelis tyrėjų manė, kad šios RNR sunaikinamos prieš galėdami palikti branduolį ir todėl nepakenkia ląstelei.
„Niekas neištyrė, kas nutinka, kai leidai šiai sugedusiems mašinoms skaityti genus“, – teigė Adelmanas. „Žmonės niekada neklausė:” Ar yra intronas, einantis į citoplazmą ir atostogaujant? „
Jos komanda paklausė ir rado susijusį atsakymą.
Stresą sukeltos ląstelės
Tyrinėdami ląstelių kultūras, tyrėjai nustatė, kad nenormalios RNR palieka branduolį, o pasiekę citoplazmą, jos gali sulankstyti ant savęs ir padaryti dvigubą RNR-tai, kas paprastai matoma tik tada, kai ląstelę užkrėsta virusu.
Tolesni eksperimentai atskleidė, kad ir tinkamos integratoriaus funkcijos sumažėjimas, ir dvigubos grandinės RNR padidėjimas stimuliuoja pločio streso kelią, žinomą kaip integruoto streso atsakas. Lėtinis šio atsako aktyvinimas buvo pastebėtas senėjant, neurodegeneracijai ir vėžiui. Kai kurie tyrėjai teigia, kad tai taip pat vaidina svarbų vaidmenį kognityviniais ir metaboliniais sutrikimais.
Kai komanda žiūrėjo į audinių mėginius iš pacientų, kuriems yra integraatoriaus mutacijos, jie pastebėjo tą patį streso atsaką.
„Mes nesuvokėme, kiek menkos, nesubrendusios RNR sukels problemų“, – teigė Adelmanas.
Tačiau yra gerų naujienų.
Komanda nustatė, kad molekulė, vadinama PKR (baltymo kinazė R), prisideda prie streso atsako, kai atpažįsta dvigubos grandinės RNR ir kad ląstelių gydymas PKR inhibitoriais palengvino stresą.
Rezultatai rodo, kad nukreipimas į PKR gali būti perspektyvi aveniu gydant ligas, atsirandančias dėl integraatoriaus mutacijų. Tyrėjai turi pagrindinę pradžią: daugelis PKR inhibitorių jau vystosi, ir tyrimai rodo, kad kai kurie FDA patvirtinti vaistai, įskaitant diabeto narkotikų metforminą, taip pat slopina PKR.
Paslėptas paprastu žvilgsniu
Dauguma mokslinių ir diagnostinių testų nenustato neperdirbtų, dvigubai padidintų RNR. Adelmano komanda turėjo sukurti metodą, kaip juos ištirti.
Mokslininkai ir klinikų gydytojai susisiekė su jos laboratorija, norėdami išbandyti pacientų mėginius arba išmokti pačių nustatyti RNR.
„Mes girdime iš gydytojų, kurie nebuvo patenkinti supratimu apie tai, kaip integratoriaus ar kitų transkripcijos reguliatorių mutacijos sukelia jų pacientų ligą“, – teigė Adelmanas. „Jie sako:” Ah ha! Tai gali būti „. Tai gali būti pats maloniausias šio darbo aspektas “.
Adelmanas ir kolegos pabrėžia, kad nors tyrimas atvėrė lauko akis į naują ligos mechanizmą, dvigubos grandinės RNR nepaaiškins kiekvieno sutrikimo, susijusio su gedimais tokiuose kompleksuose kaip integratorius.
„Tai yra kažkas, ką reikia pridėti prie diagnostinio kontrolinio sąrašo, jei pacientas turi genų transkripcijos reguliatoriaus mutaciją, o jų genotipas ir fenotipas (simptomai) neatrodo susiję“, – sakė ji.
Komandos įžvalgos rodo, kodėl atrodo, kad integratorių mutacijos daro didelę įtaką neuronams: neuronų genai yra ilgiausi žmogaus genome.
„Tai yra maratonai. Netinkamos mašinos mažiausiai tikėtina, kad baigsis bėgimas.”