W międzynarodowym badaniu prowadzonym przez Wydział Medyczny Uniwersytetu w Bonn zidentyfikowano gen, który odgrywa ważną rolę w rozwoju ludzkiego embrionu. Jeśli zostanie on zmieniony, mogą wystąpić wady rozwojowe różnych układów. Gen ten pojawił się bardzo wcześnie w ewolucji. Występuje również na przykład u danio pręgowanego i pełni tam podobną funkcję. Wyniki zostały opublikowane w Journal of Medical Genetics.

Naukowcy wytropili gen, gdy badali dwie osoby z wrodzonymi wadami rozwojowymi. „Był to mężczyzna i jego siostrzenica” – wyjaśnia dr Gabriel Dworschak. „Oboje mieli zniekształcone nerki, drogi moczowe i przełyk, a mężczyzna miał również zniekształcone prawe ramię i serce”.

Lekarz Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Bonn prowadzi badania nad rzadkimi chorobami genetycznymi w Instytucie Anatomii i Genetyki Człowieka. Kiedy zespół przyjrzał się składowi genetycznemu członków rodziny, natrafił na anomalię: gen o nazwie SHROOM4 został zmieniony u osób dotkniętych chorobą w porównaniu do osób zdrowych.

SHROOM4 był już znany z innego kontekstu: wiedziano, że odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu mózgu. Mutacje mogą powodować upośledzenie umysłowe, napady padaczkowe i zaburzenia behawioralne. „Nasze odkrycia wskazały jednak, że może on odgrywać szerszą rolę w rozwoju narządów embrionalnych” – wyjaśnia Dworschak.

Zespół z Bonn szukał na arenie międzynarodowej innych przypadków, w których wykryto również nieprawidłowości w genie SHROOM4 – i odniósł sukces: „Wraz z naszymi partnerami do współpracy doprowadziło to nas do czterech kolejnych dotkniętych chorobą osób z trzech rodzin” – mówi prof. dr. Heiko Reutter, który od tego czasu przeniósł się ze Szpitala Uniwersyteckiego w Bonn na Uniwersytet w Erlangen-Norymberdze. „Wszyscy mieli zmieniony gen SHROOM4, ale nie zawsze w ten sam sposób”.

Danio pręgowany również potrzebuje SHROOM4
To jednak niekoniecznie wyjaśniało, czy warianty SHROOM4 były rzeczywiście odpowiedzialne za wady rozwojowe. Ale jest zwierzę, które ma bardzo podobny gen: danio pręgowany. Obecnie służy jako organizm modelowy w wielu badaniach genetycznych – i to nie tylko dlatego, że łatwo jest utrzymać go w odpowiedni dla gatunku sposób i szybko rozmnażać: skóra jego larw jest prawie przezroczysta. Ułatwia to obserwację rozwoju embrionalnego zwierząt pod mikroskopem świetlnym. „Tu, w Szpitalu Uniwersyteckim, mamy tę przewagę, że grupa badawcza kierowana przez prof. dr. Benjamina Odermatta z Instytutu Neuroanatomii dużo pracuje z danio pręgowanym” – podkreśla dr Caroline Kolvenbach, która była również zaangażowana w badanie SHROOM4. „Ta wiedza przydała się w naszym badaniu”.

Naukowcy prawie całkowicie zdezaktywowali SHROOM4 w larwach. Zwierzęta następnie wykazywały wady rozwojowe podobne do tych obserwowanych u pacjentów. Z drugiej strony, jeśli larwom z wyłączonym SHROOM4 wstrzyknięto nienaruszony ludzki materiał genetyczny, rozwinęły się one prawie normalnie. „To pokazuje, po pierwsze, że absolutnie potrzebują funkcjonalnego SHROOM4 do zdrowego rozwoju; a po drugie, że ludzki gen może nadal przejąć funkcję genu rybiego” – podkreśla Dworschak.

Zespół chce teraz dowiedzieć się, jaką rolę gen odgrywa w rozwoju embrionalnym. „Zakładamy, że jest on potrzebny do bardzo podstawowych procesów w komórce” – mówi Dworschak. „Trudno wyjaśnić inaczej, dlaczego zmiany w tym samym genie powodują tak różnorodne objawy”.

Mały kawałek w mozaice niezwykle złożonego obrazu
Jak mysz, pies czy człowiek rozwija się z zapłodnionego jajeczka, wciąż nie jest do końca poznane. Dzieje się tak, ponieważ komórka jajowa ma zdolność do tworzenia dowolnego rodzaju tkanki w organizmie, czy to kości, skóry, mięśni czy mózgu. Jego komórki potomne są z nim genetycznie identyczne; więc w zasadzie powinni być w stanie zrobić to samo. Jednak na bardzo wczesnym etapie w ich komórkach uruchamiane są określone programy, które nieodwołalnie decydują o ich losie rozwojowym.

Proces ten musi być skoordynowany w najdrobniejszych szczegółach. Bo tylko wtedy zapewnione jest, że oczy tworzą się w odpowiednim miejscu na twarzy, podczas gdy inne komórki bardzo blisko różnicują się w chrząstkę nosa. Zaskakujące jest jednak to, że nie ma dyrygenta z batutą. To tak, jakby statek kosmiczny Lego sam się montował – tylko nieskończenie bardziej skomplikowany. „Nasze badanie to mały fragment mozaiki tego obrazu, który wciąż jest w dużej mierze niekompletny” – mówi Dworschak.

Źródło: www.sciencedaily.com