Viermii microscopici contribuie la înțelegerea efectelor celulare ale unei mutații legate de boala renală
Un vierme microscopic care nu are rinichi ajută cercetătorii de la Rutgers să înțeleagă o modificare genetică suspectată că ar cauza o boală renală ereditară gravă.
Cercetătorii au realizat o modificare precisă în ADN-ul viermelui rotund și au urmărit proteinele produse. Aceștia au descoperit că proteina alterată nu a ajuns la locul unde funcționează în mod normal. Cu toate acestea, atunci când o versiune sănătoasă era prezentă în același animal, proteina continua să-și îndeplinească rolul.
Rezultatele, publicate în revista Genetics, oferă indicii despre cum această mutație particulară afectează celulele. De asemenea, demonstrează o metodă de a investiga o provocare tot mai mare în medicină: înțelegerea semnificației modificărilor ADN-ului relevate prin testarea genetică.
Pe măsură ce testarea genetică devine mai comună în medicină, medicii descoperă multe modificări ADN ale căror efecte sunt greu de înțeles. Studiul acestor modificări în viermele rotund C. elegans poate oferi răspunsuri mai rapid și eficient.
„Pe termen lung, ar putea ajuta medicii să interpreteze rezultatele testelor genetice mai precis și să ajute cercetătorii să înțeleagă cum părțile individuale ale unei proteine contribuie la funcția sa”, a spus Juan Wang.
Genele conțin instrucțiuni pentru fabricarea proteinelor, molecule care îndeplinesc o mare parte din muncă în interiorul celulelor. O modificare în aceste instrucțiuni poate altera o proteină. Totuși, identificarea unei modificări genetice nu oferă neapărat medicilor informații despre dacă aceasta este dăunătoare sau cum ar putea cauza o boală.
Pentru a investiga aceste întrebări, Wang și colegii săi s-au orientat către C. elegans, un vierme rotund minuscul, studiat extensiv. Wang este cercetătoare în laboratorul Maureen Barr.
Cercetătorii s-au concentrat pe o modificare legată de boala renală polichistică autosomal dominantă, o afecțiune ereditară în care saci plini cu lichid cresc în rinichi și pot duce, în cele din urmă, la insuficiență renală. Cele mai multe cazuri implică modificări în una dintre cele două gene care produc proteine cooperative numite polichistină-1 și polichistină-2.
Viermii au proteine corespunzătoare. Deși nu au rinichi, celulele lor folosesc aceste proteine în structuri numite cilia, proiecții mici care acționează oarecum ca niște antene, ajutând celulele să simtă împrejurimile.
În viermii masculi, proteinele ajută celulele nervoase să adune informațiile necesare pentru reproducere. Aceasta oferă cercetătorilor o modalitate de a conecta o modificare din interiorul unei celule cu un efect observabil asupra comportamentului unui animal.
Folosind un instrument de editare genetică numit CRISPR, echipa a introdus echivalentul viermilor unei modificări genetice umane clasificate ca având probabilitatea de a cauza boală. Modificarea a înlocuit o componentă în versiunea viermelui a polichistinei-2.
Consecințele au fost substanțiale.
Cantitatea proteinei alterate în partea principală a celulei nervoase a scăzut la aproximativ 15% din normal. Aceasta nu mai era detectabilă în cilia unde funcționează în mod normal.
Wang a comparat problema cu un produs care rămâne în fabrica în care a fost fabricat, incapabil să ajungă la locul său de muncă.
„Nu pot ajunge la locul lor de acțiune”, a spus ea.
Afectarea a avut, de asemenea, un impact asupra partenerului său, versiunea viermelui a polichistinei-1. Cantitatea acestei proteine a scăzut brusc, iar aceasta a fost, de asemenea, absentă din cilia. Descoperirile sugerează că perturbarea unui membru al parteneriatului poate submina și pe celălalt.
Comportamentul viermilor a reflectat aceste probleme celulare. Douăzeci la sută dintre masculii cu mutația au început comportamentul de împerechere așteptat după contactul cu un partener, comparativ cu toți masculii normali testați. Cercetătorii au testat 60 de masculi în fiecare grup.
Apoi, echipa a întrebat ce s-ar întâmpla când un vierme avea atât o copie sănătoasă, cât și una alterată a genei.
Au atașat etichete fluorescente diferite proteinelor, făcând versiunea sănătoasă să strălucească roșu, iar versiunea alterată verde. Aceasta le-a permis să distingă cele două proteine în același animal viu.
Proteina sănătoasă a ajuns la cilia. Proteina alterată nu a ajuns. Și viermii s-au comportat normal în testele de împerechere.
„Am descoperit că proteina mutantă nu a perturbat localizarea proteinei sănătoase în celulă și nu a împiedicat-o să funcționeze normal”, a spus Wang.
Această distincție este importantă. Unele proteine defecte interferează cu omologii lor sănătoși. Aceasta, însă, nu a făcut-o în experimentele cu viermi. O copie funcțională a genei a fost suficientă pentru a susține funcțiile măsurate de cercetători.
Comportamentul mutației corespunzătoare la uman în celulele renale necesită investigații suplimentare. Cercetătorii nu au observat dezvoltarea bolii renale în viermi și nu au testat un tratament. În schimb, au izolat un defect proteic și au examinat consecințele acestuia într-un animal viu.
Acest studiu se bazează pe decenii de cercetări în laboratorul lui Barr despre aceste proteine, rolurile lor în cilia și sistemele care le transportă prin celule. Această fundație a oferit echipei atât cunoștințele, cât și instrumentele experimentale necesare pentru a pune întrebări mai detaliate despre o mutație asociată cu o boală umană.
„Acum este timpul să valorificăm cunoștințele”, a spus Wang.
Pentru ea, studiul ilustrează de ce este important să înțelegem cele mai mici detalii ale biologiei, chiar și atunci când un tratament rămâne un obiectiv îndepărtat.
„Dar dacă înțelegi boala, atunci poți gândi la modalități de a aborda această boală”, a spus Wang.
