La Jolla imunologijos instituto (LJI) mokslininkai atrado, kaip mutavęs genas pradeda pavojingą įvykių grandinę kraujo kūnelių gamybos metu.
Tyrimas, paskelbtas Nacionalinės mokslų akademijos darbaiatskleidžia, kaip mutavęs genas, vadinamas ASXL1, yra susijęs su liga, vadinama klonine hematopoeze, kuri yra piktybinių ligų, tokių kaip mieloidiniai piktybiniai navikai ir lėtinė monomielocitinė leukemija, pirmtakas.
„Žinome, kad daugelį ligų – ir visų vėžio formų – lemia genomo mutacijos“, – sako LJI instruktorius, mokslų daktaras Zhen Dong, kuris buvo pirmasis naujojo tyrimo autorius. „Mes parodėme, kaip mutavęs ASXL1 gali sukelti disfunkcines ląsteles jūsų kaulų čiulpuose ir kraujyje.”
Dongas kartu su LJI profesore Anjana Rao vadovavo tyrimui. Rao yra gerai žinomas imuninių ląstelių disfunkcijos ir vėžio vystymosi genetinių veiksnių ekspertas.
Perima mutavusios kraujo ląstelės
Naujojo tyrimo metu mokslininkai ištyrė galimą ryšį tarp mutavusio ASXL1 ir su amžiumi susijusios ligos, vadinamos klonine hematopoeze. Pacientams, sergantiems klonine hematopoeze, sunku gaminti sveikus raudonuosius ir baltuosius kraujo kūnelius. Vietoj to, šie pacientai pradeda gaminti kraujo ląsteles su maišytais genomais, kurios ilgainiui išsivysto į vėžį.
Visos kraujo ląstelės yra gaunamos iš specialių ląstelių, vadinamų hematopoetinėmis kamieninėmis ląstelėmis (HSC), kurių diferencijuoti palikuonys paprastai atkuria kraują. Kloninė hematopoezė išsivysto, kai vienas HSC įgyja augimą skatinančias mutacijas ir pradeda išmesti daugybę klonų. Galiausiai šių mutavusių kraujo ląstelių kiekis kraujyje tampa per didelis, o tai gali sukelti rimtų sveikatos problemų, tokių kaip vėžys ir uždegimai, ypač uždegiminės širdies ligos.
„Jūsų genomas tampa labai nestabilus“, – sako Dongas. „Šie „blogieji elementai“ sukelia naujas mutacijas ir kenkia normalioms sveikoms ląstelėms.
Kai kuriems pacientams, sergantiems klonine hematopoeze, pasikartojančios DNR sekos verčia ląsteles manyti, kad jos yra užkrėstos virusu. Ši painiava suaktyvina imuninę apsaugą pačiose kraujo ląstelėse, o tai sukelia žalingą uždegimą, kuris pažeidžia ir sveikus audinius. Tai ypač didelė problema širdžiai, kuri tada turi susidoroti su uždegiminių molekulių antplūdžiu, kai pumpuoja kraują per kūną.
„Mutacijų turinčios HSC sukelia priešuždegimines imunines ląsteles, kurios sustiprina širdies uždegimą ir širdies ir kraujagyslių ligas, ir gali sukelti arba paspartinti širdies nepakankamumą“, – sako Dongas.
Kitiems pacientams sumaišytas genomas sukelia papildomų problemų išsiplėtusiose ląstelėse, kurios jau yra linkusios augti greičiau nei įprastai. Šiems pacientams greitai didėja nenormalių HSC ir mieloidinių ląstelių skaičius, o tai gali sukelti mieloidinius piktybinius navikus, limfoidinius piktybinius navikus, lėtinę monomielocitinę leukemiją ir kitas leukemijos formas.
„Nenormalios pasikartojančios ir perkeliamos elementų sekos gali panaikinti tam tikrų tylių genų slopinimą, kurie galėtų skatinti ląstelių augimą, leisdami ląstelėms veiksmingiau prisitaikyti prie besikeičiančios aplinkos“, – sako Dongas. „Ir tai naudinga labai daugėjančioms ląstelėms, kurios tampa „priklausomos“ nuo blogų baltymų, kurie kenkia normalioms ląstelėms.
Taigi, kas sukelia kloninę hematopoezę?
ASXL1 mutacijos yra labai dažnos pacientams, sergantiems klonine hematopoeze ir kai kuriomis kitomis kraujo ligomis. Tiesą sakant, Rao vadovavo ankstesniam Gamtos komunikacijos mutavusio ASXL1 vaidmens mieloidinėse leukemijose tyrimas. Vis dėlto mokslininkai tiksliai nežinojo, kaip šis mutavęs genas veikia kraujo ląstelių vystymąsi, augimą ar funkciją.
LJI komanda naudojo pelių modelius su mutavusiu ASXL1, kad išspręstų šią paslaptį. Kadangi kloninė hematopoezė vystosi žmogui senstant, Dongas dirbo su pelėmis nuo 10 mėnesių iki dvejų metų, o tai atitinka maždaug 70 metų žmonių.
Tyrėjai naudojo metodą, vadinamą masės spektrometrija, kad tiksliai nustatytų, kaip mutavęs ASXL1 pakeitė normalias kraujodaros kamienines ląsteles – ląsteles, kurios yra raudonųjų ir baltųjų kraujo kūnelių pirmtakai. Šis darbas buvo atliktas bendradarbiaujant su LJI Pasaulinio autoimuninio instituto asistentu profesoriumi Samu Myersu, Ph.D., kuris tuo metu buvo Plačiojo instituto mokslininkas.
Rao, Dongas ir jų kolegos išsiaiškino, kad ASXL1 geno mutacija pakenkė normaliam sandariai supakuotos DNR formos, vadinamos heterochromatinu, veikimui.
Heterochromatinas yra svarbus kraujo ląstelių vystymuisi, nes jis „nutildo“ potencialiai kenksmingus genus ir genus, kurie paprastai išjungiami ląstelei diferencijuojantis. Dėl heterochromatino hematopoetinės kamieninės ląstelės gali vystytis ir tinkamai subręsti į visų tipų kraujo ląsteles, tokias kaip raudonieji kraujo kūneliai arba baltieji kraujo kūneliai (kurie atlieka specializuotas užduotis, tokias kaip T ląstelės, B ląstelės ir kt.).
Naujajame tyrime ASXL1 geno mutacija sukėlė kraujo ląstelių nelaimę. Tinkamai neveikiant heterochromatinui, hematopoetinės kamieninės ląstelės niekada nesubrendo į normalias kraujo ląstelių linijas, įskaitant limfocitus, imunines ląsteles ir normalius raudonuosius ar baltuosius kraujo kūnelius.
Tyrėjai galėjo pastebėti, kad mutuoti ASXL1 baltymai sąveikauja su baltymų kompleksu ląstelėse, vadinamu EHMT1-EHMT2 histono metiltransferazės kompleksu, kad sukeltų pavojingą domino efektą. Pakeistas baltymų kompleksas sumažino H3K9me2 ir H3K9me3 – du represinius histono ženklus, reikalingus heterochromatinui nutildyti, todėl sandariai supakuotas heterochromatinas išsivynioja. Dėl šio pakeitimo vėl suaktyvėjo anksčiau nutildyti genai ir perkeliami elementai.
Šis kaitaliojimas taip pat buvo didžiulė ląstelių problema. Heterochromatinas paprastai slopina labai daug pasikartojančių ir perkeliamų elementų, dar vadinamų „šokinėjimo genais“, kurie yra slopinami sveikose ląstelėse. Perkeliami elementai gali būti atsitiktinai iškirpti ir vėl įterpti į genomą, todėl genomas tampa nestabilus.
Net jei jie negali šokinėti, perkeliami elementai gali būti labai išreikšti ir savo ruožtu netinkamai suaktyvinti netoliese esančių genų, ypač heterochromatino, ekspresiją. Šis procesas padidina genomo painiavą ir nenormalią genų ekspresiją, kurią sukelia mutantiniai ASXL1 baltymai.
Tada mokslininkai palygino mutavusių pelių modelius su įprastomis pelėmis. Jie nustatė, kad ASXL1 mutavusios pelės turėjo tuos pačius sumaišytus genomus ir kenksmingus DNR pasikartojimus, nustatytus lėtinės monomielocitinės leukemijos pacientams, sergantiems mutavusia ASXL1.
Tolesni ligos prevencijos žingsniai
Dongas sako, kad LJI komanda tiria, kaip mutuoti ASXL1 baltymai sąveikauja su kitais svarbiais mūsų imuninių ląstelių žaidėjais. Iki šiol jų darbas rodo, kad ASXL1 taip pat sąveikauja su baltymu, vadinamu TET2, kuris taip pat dažnai mutuoja kloninėje hematopoezėje ir daugelyje kraujo vėžio atvejų. Funkciniai TET2 baltymai yra labai svarbūs normaliam DNR demetilinimui, todėl reikia skubiai suprasti, kaip šie genai veikia vienas kitą.
„Tiek TET2, tiek ASXL1 genai gali būti mutuoti, atskirai arba kartu, esant kloninei hematopoezei, leukemijai ir priešvėžinei vėžio formai, vadinamai mielodisplastiniu sindromu“, – sako Dongas. „Turime paklausti, kaip šie du genai gali bendradarbiauti gydant šias ligas.”
Dongas priduria, kad tolesni tyrimai taip pat gali atskleisti kai kurių neurologinio vystymosi sutrikimų kilmę. Kiti ASXL šeimos genai gali būti mutuojami nervų kamieninėse ląstelėse, o tai gali sukelti kalbos sunkumų, motorikos vėlavimą, intelekto vėlavimą ir net mirtį kai kuriems vaikams.
„Esu labai įkvėptas ir motyvuotas tęsti šį projektą“, – sako Dongas, kurio sūnus vėluoja neurologiškai. „Turime daugiau sužinoti apie visus ASXL genų šeimos narius.”
Papildomi tyrimo autoriai yra pirmasis autorius Hugo Sepulveda, Leo Josue Arteaga Vazquezas, Chadas Blouinas, Jenna Fernandez, Moritzas Binderis, Wen-Chien Chou, Hwei-Fang Tien, Mrinal Patnaik, Geoffrey J. Faulkner ir Samuel A. Myers .