Новая методика может выявить признаки роли центромеров в синдроме Дауна, другие врожденные дефекты

        

Некоторые ученые называют это «последней границей» нашей ДНК – хотя она лежит в центре каждой Х-образной хромосомы почти в каждой из наших клеток.

Он называется центромер, и он играет решающую роль в повседневном делении клеток, который держит нас здоровыми. Это также делает его ключевым подозреваемым при врожденных дефектах, раках и других заболеваниях, которые возникают из-за проблем с делением клеток.

Теперь новая техника может заставить этот таинственный участок ДНК наконец отказаться от своих секретов.

Уже первый тест на подход дал ключ к вопросу о роли центромеров в синдроме Дауна, который возникает, когда ребенок наследует дополнительную копию хромосомы 21.

Вскоре разработчики техники в Медицинской школе Университета Мичигана надеются, что это ускорит исследования других условий, которые могут иметь корни в проблемах, связанных с центромерами.

«Эти ПЦР-анализы дают нам возможность понять динамику центромеров и как эти последовательности расширяются или сжимаются во время процессов эволюции и / или болезни», – говорит Рафаэль Контрерас-Галиндо, доктор философии, ведущий автор новой бумаги и доцента по внутренней медицине. «Теперь мы можем понять, на каких центромерах в конкретных хромосомах присутствуют ключевые центромерные белки, и сформировать кинетохоры, которые жизненно важны для деления клеток. В этих исследованиях мы можем начать понимать, как центромерная нестабильность ДНК может влиять на функцию центромера, поскольку мы, как представляется, видим в синдроме Дауна ".

Ускорение генетического анализа

В новой статье в Genome Research исследователи U-M описывают технику, которую они разработали, и ее первый тест. По сути, он меняет анализ ДНК центромера из долгой, трудоемкой задачи на быстрый и относительно простой, который может ускорить исследования связанных с центромером заболеваний.

Их подход основан на обнаружении уникальных образцов повторения ДНК, обнаруженных в центромере почти каждой хромосомы. Их новый каталог этих хромосомных структур позволяет использовать инструмент секвенирования ДНК, называемый полимеразной цепной реакцией, или ПЦР.

Массовые повторяющиеся фрагменты ДНК, которые составляют большую часть каждого центромера, заставляют структуры трудно упорядочивать и изучать в прошлом, потому что на каждой хромосоме появляются одинаковые длинные отрезки

Таким образом, большинство исследователей центромеров изучали белки и другие молекулы, которые взаимодействуют с центромерами – факторами, называемыми эпигенетикой, – а не самой ДНК.

Но новый подход использует небольшие вариации хромосом и использует их в качестве ПЦР-праймеров. Это позволяет быстро и легко исследовать центромеры почти каждой хромосомы в клетке и рассказать им обособленно, всего через полчаса.

«Центромеры важны для деления клеток, но плохо понимаются с генетической точки зрения, потому что последовательности ДНК в них очень повторяемы», – говорит Дэвид Марковиц, M.D., старший автор новой статьи и профессор внутренней медицины. «С помощью этой техники мы и другие можем изучать их генетику и эпигенетику в режиме реального времени, удобной для пользователя».

U-M подала заявку на патент на этот подход и в настоящее время ищет партнеров по коммерциализации, чтобы помочь вывести технологию на рынок.

Изучение связи с синдромом Дауна

В новой статье Контрерас-Галиндо, Марковиц, профессор почетного профессора У. М. Марк Каплан, М.Д. и команда соавторов сообщают результаты их сравнения центромеров от лиц с синдромом Дауна и без него.

Они показывают прочную связь между состоянием и неустойчивостями, обнаруженными на хромосоме 21 – как в центромере, так и в участках ДНК, которые ее фланкируют, называются перицентромерами

Нестабильные центромеры и перицентромеры могут помочь объяснить, почему люди с синдромом Дауна наследуют дополнительную копию этой хромосомы, хотя остается много работы, чтобы проверить эту гипотезу.

В конце концов, как учится каждый студент-биолог, клетки, которые готовятся к делению, полагаются на центромеры, чтобы помочь им разделить двойное количество ДНК, которую они произвели, и распространить его на две дочерние клетки, которые они будут производить. Для этого клетки растут длинными тощими структурами, называемыми веретенами, которые выглядят как ноги паука и прикрепляются к одной центромерной каждой хромосоме, которая состоит из двух одинаковых участков ДНК.

Шпиндели убираются, когда ячейка делит, вырывая две половины хромосомы. Если выщипывание происходит неправильно из-за связанной с центромером проблемы, это может привести к тому, что обе половины хромосомы будут перемещаться вместе в «дочернюю» ячейку.

В новом исследовании люди с синдромом Дауна также отличались от тех, у которых не было состояния в их уровнях ключевого белка, который связывается с ДНК центромера и помогает сформировать структуру, к которой прикрепляются шпиндели. Люди с синдромом Дауна имели гораздо больше одного белка, прикрепленного к центромерам, по сравнению с теми, у кого нет состояния.

Serendipity и тяжелая работа

Исследователи U-M не собирались изучать центромеры. Первоначально они хотели узнать больше о скрытой вирусной ДНК, которая закрепилась в нашем геноме на протяжении веков.

Эти человеческие эндогенные ретровирусы, или HERVs, как их называют, дали нам участки ДНК, которые копируются и передаются из поколения в поколение.

Команда ранее обнаружила неизвестную РНК HERV в крови пациентов с ВИЧ / СПИДом. Со временем они обнаружили ДНК HERV у краев центральной области некоторых хромосом. Они назвали вирусы K111 и K222.

Последовательности HERV не были включены в базу данных проекта генома человека, поскольку они находятся в регионе центромера. Но исследователи и их коллеги показали, что одни и те же HERV могут также встречаться у других высших приматов, включая шимпанзе и неандертальцев.

Но в то время как у этих человеческих родственников есть несколько копий, у нас есть тысячи копий ДНК HERV у наших центромеров – и на многих наших хромосомах. К111, например, можно было найти на 15 центромерах хромосом, слегка измененных в каждом из них. Это указывает на то, что центромеры со временем имели генетический материал, «перекрестный» к другим хромосомам.

Используя HERV последовательность в качестве опорной точки для изучения центромера ДНК, ученые использовали ПЦР так называемых альфа-повтор последовательностей, чтобы более полно анализировать почти все человеческие центромеры.

Новая статья включает в себя результаты 23 из 24 различных человеческих хромосом, включая X и Y. Только хромосома 19 до сих пор сопротивлялась разработке диагностического ПЦР-анализа, поскольку исследователи ищут уникальные для него последовательности.

Источник:

http://labblog.uofmhealth.org/lab-report/new-approach-to-studying-centromeres-may-reveal-link-to-down -syndrome-и-более

      

Source link