Синдром Мейера-Горлина, или MGS, представляет собой редкое генетическое нарушение развития, которое вызывает карликовость, маленькие уши, маленький мозг, отсутствие надколенника и другие аномалии скелета. В тяжелых случаях MGS приводит к выкидышам и мертворождению.

Игорь Чесноков, доктор философии, и его коллеги из Университета Алабамы в Бирмингеме изучают это рецессивное аутосомное заболевание необычным способом – помещая мутантные гены человека в плодовых мушек. В частности, они изучают один из генов, участвующих в MGS, под названием Orc6.

В исследовании, опубликованном в Genetics представленном как выделенная статья, они использовали эту животную модель для исследования функции одной мутации человека Orc6 – замены лизина 23 на глутаминовую кислоту (K23E) – об этом впервые было сообщено в 2017 году. У людей с MGS мутация K23E вызывает такое же наблюдаемое нарушение развития, как и мутация Orc6, которую ранее изучала команда Чеснокова, – замена тирозина 225 на серин (Y225S)

.

Эти две мутации интересно противопоставить, потому что позиция 23 находится рядом с передним или N-концевым доменом длинной цепи соединенных аминокислот, которая складывается с образованием белка Orc6. Позиция 225 находится рядом с концом или С-концевым доменом белковой цепи Orc6.

Orc6 является частью комплекса распознавания происхождения, или ORC. Этот комплекс белков жизненно важен для инициации репликации ДНК в клетке дрожжей, плодовой мухи, человека или любого другого эукариотического организма. Без деления ДНК клетка не может делиться, а организм не может расти. Плохое разделение остановит рост, как видно из MGS.

В предыдущем исследовании мутации Y225S, опубликованном в American Journal of Medical Genetics, исследователи UAB обнаружили, что C-концевой домен Orc6 важен для белок-белковых взаимодействий, помогающих построить комплекс ORC.

В текущем исследовании Чесноков и его коллеги обнаружили, что мутация K23E в N-концевом домене Orc6 нарушает способность белка связываться с ДНК. Это специфическое связывание является жизненно важным этапом в функции ORC.

Таким образом, хотя две мутации имеют разные лежащие в основе молекулярные механизмы, обе они вызывают образование недостаточного пререпликативного комплекса и снижение репликации ДНК, и они вызывают сходный фенотип у пациентов с MGS.

Одним из ключевых моментов в этом исследовании было создание химерных генов Orc6, которые частично являются генами человека и частично генами плодовой мухи. Вот почему это было необходимо. Введение человеческого гена Orc6 в плодовых мушек не предотвращает летальный эффект делеции Orc6 у плодовых мушек; Другими словами, интактный Orc6 человека не может заменить функцию Orc6 плодовой мушки из-за различий во взаимодействии Orc6 с основным ORC в двух организмах.

Однако, когда исследователи UAB создали гибрид Orc6, который был человеческим в N-концевом домене и плодовой мушкой в ​​C-концевом домене, гибрид смог полностью спасти плодовых мух, и они выросли во взрослых особей, которые были неотличимы от плодовых мушек дикого типа Orc6. Этот гибрид Orc6 затем может быть использован для тестирования мутации K23E у плодовых мушек и изучения ее молекулярного механизма.

Этот гибридный подход позволяет изучать функции белков человека в системе животных и показал важность эволюционно консервативных и вариабельных доменов белка Orc6. Мы считаем, что этот гибридный подход не только открывает широкие возможности для изучения новых мутаций Orc6 для медицинских и общих научных целей, но также может быть полезен в других гуманизированных моделях »

Игорь Чесноков, доктор философии, Алабамский университет в Бирмингеме

Подводя итог, говорит Чесноков, профессор кафедры биохимии и молекулярной генетики UAB, эта гуманизированная модель мух имеет уникальное преимущество, заключающееся в возможности дифференциального тестирования белков мух, человека и химерных белков Orc6 для выявления консервативных и различных свойств белков. белок и его функция в клетках многоклеточных организмов.

Соавторами с Чесноковым исследования «Гуманизированная модель дрозофилы синдрома Мейера-Горлина выявляет консервативные и дивергентные особенности белка Orc6», являются Максим Баласов и Катарина Ахметова, Отдел биохимии и молекулярной генетики UAB.

Поддержка была предоставлена ​​Национальным институтом общих медицинских наук грантом GM121449.

В новостях по теме, UAB этой осенью получил грант в размере 9,3 миллиона долларов от Управления научно-исследовательских инфраструктурных программ Национального института здравоохранения на создание нового Центра точного моделирования животных (C-PAM).

Работа группы Чеснокова является примером точного моделирования болезней, которое включает создание моделей болезней для конкретных пациентов – часто с использованием дрожжей, червей, плодовых мушек, рыбок данио, лягушек, мышей или крыс. Чесноков говорит, что добавление ядра дрозофилы к модулю моделирования заболеваний C-PAM может объединить лаборатории UAB по мухам и предоставить необходимые знания для сообщества UAB.

Прецизионные модели на животных имитируют молекулярный характер состояния, имеющегося у пациента. Например, если у пациента есть заболевание, вызванное вариантом последовательности, приводящим к дисфункции гена, то C-PAM создаст модель на животных с этим же вариантом. Изучение эффекта, который этот вариант оказывает на модель, позволяет заниматься наукой, которая невозможна на человеческом пациенте.