במחקר שפורסם לאחרונה ב-Nature, חוקרים זיהו את הגורמים הגנטיים של היווצרות מיקרו-גרעינים (MN).
לימוד: גורמים גנטיים להיווצרות מיקרו-גרעין in vivo. קרדיט תמונה: Dimarion/Shutterstock.com
רקע כללי
חוסר יציבות גנומית והצטברות MN חוץ תאית הם סימני היכר של הפרעות שונות, כולל מחלות הקשורות לדלקת, סרטן והזדקנות. MN הם שברי כרומוזומים שנוצרו עקב שגיאות בהפרדה מיטוטית או הפסקות DNA שלא תוקנו.
MN מוגנים על ידי מעטפת גרעינית לא טיפוסית ויכולים להימשך מספר דורות תאיים, לרכוש סימנים אפיגנטיים חריגים ולשכפל את ה-DNA שלהם.
יתר על כן, המעטפת הגרעינית של MN עלולה להיקרע, וכתוצאה מכך הצטברות של נזק ל-MN DNA, רקומבינציה כרומוזומלית ותגובה פרו-דלקתית חזקה שעלולה להוביל להזדקנות תאית.
המחקר והממצאים
המחקר הנוכחי חקר את הגורמים המווסתים היווצרות MN in vivo. הם סקרו למעלה מ-6,000 עכברים על פני 997 קווי מוטנטים עם אובדן תפקוד באמצעות שיטת זיהוי שמנתה MN באריתרוציטים.
זה הגדיר גנים שעליהם הפרעה הפחיתה (-MN) או הגדילה (+MN) את היווצרות והצטברות של MN ביחס לבקרות מסוג פראי (WT). כניסות קובצו לשלוש רמות (1 – 3) על סמך מובהקות סטטיסטית.
שכבה 1 הכילה 27 -MN ו-29 +MN ב-p <0.001, שכבה 2 כללה 26 -MN ו-23 +MN ב-p <0.005, ושכבה 3 כללה גנים 21-MN ו-19 +MN ב-p <0.01.
לאחר מכן, הצוות בחר שבעה גנים -MN (ABCB6, DUSP7, JMJD1C, HMX3, KLK9, PIAS2, ו TATDN3) משכבה 1 ושיבשו אותם באמצעות חזרות פלינדרום קצרות (CRISPR) –גRISPR-אחלבון משויך 9 (Cas9) עריכה בתאי CHP-212 אנושיים.
תאים הועברו למינון נמוך וכרוני של הידרוקסיאוריאה שהעלה את השיעור הבסיסי הממוצע של MN מ-1.5% ל-5% בתאי WT.
תדירות MN ב-DNA טופואיזומראז III אלפא (TOP3A)-נוקאאוט (KO) ושכפול DNA ולכידות כרומטידי אחות 1 (DSCC1הביקורות החיוביות של )-KO היו 26.04% ו-9.6%, בהתאמה.
צפוי נצפתה ירידה במיקרוגרעינים לאחר שיבוש מעכב חלבון של סטט 2 מופעל (PIAS2) (2.91%), פוספטאז 7 בספציפיות כפולה (DUSP7) (2.19%), ותחום TatD DNase המכיל 3 (TATDN3) (1.31%).
יתרה מכך, ניתוחי פנוטייפ של כל השורות המוטנטיות של העכבר גילו תפקיד של תוצאות בדיקה בשמירה על הומאוסטזיס, כאשר מספר שורות מציגות פנוטיפים הקשורים לתמותה גבוהה יותר וחוסר תפקוד מטבולי, עצבי, שלד ומערכת החיסון.
בנוסף, החוקרים שילבו את הממצאים הללו עם מחקר האסוציאציה הכוללת של גנום (LOY) כדי להעריך את הרלוונטיות האנושית של כניסות מסך MN.
לוקוסים של LOY הועשרו לאורתולוגים אנושיים של גנים MN. חוץ מזה, גנים מקושרים ל-MN נקבעו כקשורים למחלה או תורמים להיווצרות גידולים.
בקרב קבוצת +MN, מחלקה של גנים כללה גורמים המעורבים בלכידות כרומטידית אחיות ופגמים באורתולוגים אנושיים של גנים אלה מביאים לתסמונות רב-איברים הידועות כקוהזינופתיות.
הצוות חקר את תפקידו של DSCC1 (אחד הגנים ממחלקה זו) במחלות אנושיות על ידי ניתוח נתונים מ-Biobank של בריטניה (בריטניה).
הם צפו בווריאציות גנטיות נפוצות הקשורות לצפיפות מינרלים של עצם (BMD) ולמדד מסת הגוף, שלכאורה העניקו את השפעותיהם באמצעות שינוי DSCC1 ביטוי.
יתר על כן, קטיעת חלבון נדירה DSCC1 גרסאות הראו גם קשרים סוגסטיים עם BMD (ללא קשר לגרסאות נפוצות). החוקרים אפיינו את Dscc1עכברים מוטנטים כי למוטנט זה היה הגידול המשמעותי ביותר ב-MN.
Dscc1-מוטציה (Dscc1-/-עכברים היו תת-קיימאים ביום העובר 14.5 (E14.5). למוטנטים ששרדו היה משקל גוף גבוה יותר, הפרעות בשלד, תכולת מינרלים גבוהה יותר בעצמות וניוון אשכים.
תרבויות של Dscc1-/- פיברובלסטים עובריים של עכברים (MEFs) שבודדו מעוברי E13.5 הראו צמיחה איטית יותר וחוסר יציבות גנומית גבוהה יותר מאלו של חברי המלטה ל-WT (Dscc1+/+).
כמו כן נצפו אירועי שבירת כרומוזומים נרחבים וסידור מחדש Dscc1-/- MEFs. Dscc1-מוטנטים הפגינו חביון גידול מופחת משמעותית, מה שמרמז על כך DSCC1 יכול לפעול כמדכא גידולים.
DSCC1 הפרעה באמצעות נוק-דאון (KD) בתאי גזע פלוריפוטנטי המושרה על ידי אדם (iPS) גרמה לחוסר יציבות של שני המרכיבים האחרים של קומפלקס גורם השכפול האלטרנטיבי C (RFC)CTF18). הם הגבירו את שפע החלבונים בתגובת נזק ל-DNA.
יתר על כן, בוצע סקר CRISPR-Cas9 רחב הגנום לגנים המשפיעים על התפשטות DSCC1-מחסור בתאי iPS אנושיים.
זה חשף ארבעה גנים (מדכאי פנוטיפ), שיכולים (כאשר שיבושים) להציל חלקית את פגם ההתרבות, וחמישה גנים (משפרי פנוטיפ), אשר (כאשר שיבשו) הפחיתו עוד יותר את כושרם/התפשטותם.
הצוות התמקד בקשר בין DSCC1 ל-sirtuin 1 (SIRT1), אחד מדכאי הפנוטיפ. הם הבחינו בכך SIRT1 KO בתאי HEK293 הציל חלקית את הפגמים בכדאיות התא שנגרמו על ידי DSCC1 דִלדוּל.
מטפל DSCC1תאי iPS מוטנטים עם selisistat, מעכב SIRT1 סלקטיבי, הצילו חלקית התפשטות תאית והפחתת היווצרות MN.
מסקנות
ביחד, החוקרים זיהו למעלה מ-100 גנים הקשורים להיווצרות MN. אלה כללו Dscc1-/-מוטנט קיימא למחצה עם חריגות נוירולוגיות, התפתחותיות, מבניות, רבייה ושלד ונטייה לגידול.
שיבוש של DSCC1 גרם לאובדן הכדאיות הסלולרית שניצל חלקית על ידי עיכוב SIRT1.
נתונים אלה הם ביחד משאב של גורמים גנטיים של חוסר יציבות גנומית ומספקים פלטפורמה לזיהוי גורמים פונקציונליים/גנטיים הרלוונטיים למחלות אנושיות.
