Przełamywanie bariery milczenia wokół zespołu Retta

Artykuł

Przełamywanie bariery milczenia wokół zespołu Retta
Źródło: IRSA

Przełamywanie bariery milczenia wokół zespołu Retta

Huntington F. Willard* & Brian D. Hendrich**

*Department of genetics, Center for Human Genetics, Case Western Reserve University and University Hospitals of Cleveland, Cleveland Ohio 44106, USA.

**Institute of Cell and Molecular Biology, University of Edinburgh, Edinburgh EH9 3JR, UK, e-mail: hfw@po.cwru.edu and brian.hendrich@ed.ac.uk

Wiele chorób genetycznie uwarunkowanych stanowi przedmiot znacznego zainteresowania genetyków i lekarzy. Pewne schorzenia, na przykład mukowiscydoza, zyskują duże znaczenie w świadomości społecznej, ponieważ występują w populacji dość często, a ponadto zbierają duże żniwo wśród chorych. Inne schorzenia, na przykład zespół łamliwego chromosomu X, przyciągają uwagę ze względu na szczególne objawy i cechy, które wymykają się konwencjonalnym opisom. Wyjaśnienie genetycznych i molekularnych uwarunkowań takich chorób daje nadzieję na powstanie nowych teorii dotyczących wszystkich chorób genetycznie uwarunkowanych, a także skupia uwagę otoczenia, która z czasem przestaje ogniskować się na samej chorobie.

Jedną z takich chorób jest zespół Retta (RS), choroba dzieci należąca do kręgu neurologicznych zaburzeń rozwojowych, która występuje prawie wyłącznie u dziewcząt. Trudno było ustalić genetyczne uwarunkowanie choroby, ponieważ w większości przypadków zaburzenie rozwija się przypadkowo, w zdrowej rodzinie. Ponadto chore dziewczynki rozwijają się prawidłowo przez pierwsze 6-18 miesięcy życia, po czym następuje okres regresji (czasem przebiegającej błyskawicznie), w trakcie którego dochodzi do utraty nabytych wcześniej umiejętności celowego posługiwania się rękoma i mówienia. Dziwacznym ruchom rąk, ataksji oraz opóźnieniu wzrastania często towarzyszy upośledzenie umysłowe.

Czy X oznacza właściwe miejsce?

Dotychczas zaproponowano wiele modeli mechanizmu powstawania RS. Najprostszy z nich zakłada, że RS jest RS jest dziedziczony w sposób dominujący sprzężony z chromosomem X i jest chorobą śmiertelną dla mężczyzn (będących hemizygotami ze względu na posiadanie tylko jednego chromosomu X). Jednak w przeciwieństwie do innych chorób dziedziczonych w sposób zależny od chromosomu X, w przypadku RS nie stwierdza się znaczącej śmiertelności chłopców. Zjawisko to może być związane z faktem, że znaczny odsetek chorych jest nosicielami mutacji powstających de novo (zwłaszcza w męskich komórkach rozrodczych), jednak częstość występowania RS, szacowana na 1 do 10.000 ) świadczyłaby o występowaniu niezwykle dużej liczby mutacji. Rozpoznanie choroby sprzężonej z chromosomem X o charakterze dominującym u chłopców, którzy mimo to żyją stało się podstawą do przedstawienia innego wyjaśnienia. Ze względu na ekspresję RS, znacznie ograniczoną do jednej płci, poszukiwania genu odpowiedzialnego za rozwój choroby koncentrowały się głównie na chromosomie X. Kuszącą, aczkolwiek łatwą do podważenia hipotezę wniosły badania nad układem inaktywacji chromosomu X u chorych dziewcząt lub ich matek, co również wskazywałoby na chromosom X. O ile próby zlokalizowania odpowiedzialnego za chorobę genu znacznie utrudnia mała liczba zbadanych rodzin, w których RS występuje u kilu osób, to badania powadzone na chorych siostrach lub siostrach przyrodnich i porównywanie ich haplotypów X wykazały, że uwagę należy skoncentrować na regionie Xq28.

Ruthie Amir i współpracownicy opublikowali właśnie wyniki swoich badań nad Xq28 i obecnością kilku typów mutacji genu MECP2 u części chorych. Białko 2 wiążące metylo-CpG (MeCP2) ma zdolność łączenia się z metylowanym DNA i jak się okazało, odgrywa kluczową rolę w powstawaniu kompleksów wygaszających (hamujących) proces transkrypcji. Wyniki te stanowią pomost pomiędzy genetyką RS i epigenetycznym wygaszaniem cech, a także przemawiają za tezą, że RS jest pierwszą wykrytą u ludzi chorobą uwarunkowaną uszkodzeniem białka zaangażowanego w proces metylacji DNA. Ponadto, lokują RS w małej grupie, której liczebność jednak rośnie, obejmującej choroby genetyczne związane z nieprawidłowym upakowaniem chromatyny i ekspresją genów.

Związek pomiędzy budową chromatyny, ekspresją genów i metylacją DNA obserwowano już od dawna, znaczenie tej ostatniej w procesie rozwoju organizmów kręgowców jest słabo poznane. W istocie jedyne poznane geny, których prawidłowa ekspresja uzależniona jest od zjawiska metylacji to te, które kodują białko CpG z regionami, która muszą zostać metylowane, aby doszło do epigenetycznego wygaszania innych genów.

Wyciszyć hałas

Białko MeCP2 bierze udział w inaktywacji metylowanej chromatyny rekrutują kompleks deacetylazy histonowej. Jednak w przeciwieństwie do większości znanych dotychczas białkowych represorów transkrypcji, region wiążący białko MeCP2 występuje w wielu miejscach DNA kręgowców, a do powstania wiązania konieczna jest obecność tylko jednej metylowanej pary zasad CpG. Jaką rolę może więc odgrywać tak uniwersalny represor transkrypcji? Zaproponowano więc tezę, że MeCP2 jest nieswoistym, uniwersalnym represorem transkrypcji, który zapobiega nieplanowanemu przepisywaniu materiału genetycznego. Czy więc zaburzenia obserwowane u chorych na RS są spowodowane nadmiernym “szumem” transkrypcyjnym, wynikającym z defektu zjawiska wygaszania genów? Zjawisko występowania u chorych na RS ciężkich objawów schorzenia dopiero od pewnego wieku świadczy, że w przypadku braku białka MeCP2 nie dochodzi do zaburzenia żadnego ze specyficznych programów rozwojowych organizmu, w tym także inaktywacji chromosomu X. Jeżeli jednak genetyczny „szum” jest przyczyna choroby, dlaczego miejscem powstawania jest mózg? MeCP2 występuje w mózgu w większej ilości, niż w innych tkankach, co może świadczyć, że to właśnie mózg jest bardziej wrażliwy na ten szum. Być może stężenie MeCP2 niezbędne do utrzymania „szumu” na dopuszczalnym poziomie jest w mózgu wyższe, niż w innych tkankach. Chociaż jednak koncepcja uszkodzenia genu wygaszającego jako przyczyny RS jest logicznie uzasadniona I atrakcyjna, nie sposób jej udowodnić. Najpierw należy bowiem zidentyfikować geny docelowe dla MeCP2 (swoiście lub nieswoiście) oraz udowodnić nadmierną lub błędną ekspresję u chorych na RS, szczególnie w ich układzie nerwowym.

Odkrycie mutacji genu MECP2 u chorych na RS koreluje z dotychczasowym stanem wiedzy na temat niedoboru białka MeCP2 u myszy. Komórki pnia (embryonic stem cells, ES) samców myszy z mutacjami Mecp2 nie podtrzymują dalszego rozwoju organizmu, czemu odpowiada prawdopodobnie śmiertelność chorych na RS chłopców. Z drugiej strony możliwe jest wyhodowanie myszy chimeryczne, u których tylko mały odsetek komórek wywodzi się z komórek ES z uszkodzonym MeCP2. Takie zwierzęta mogłyby stanowić dobry model do badań RS, ponieważ chore pacjentki mają również mozaikowe linie komórek posiadających MeCP2 i z jego niedoborem MeCP2, co ma miejsce ze względu na losowa inaktywacje chromosomu X w różnych komórkach. Myszy nosiciele mutacji, w mózgach których wywołano specyficzne uszkodzenia genu Mecp2, mogą również dostarczyć wiadomości na temat przyczyn szczególnego działania niedoboru białka MeCP2 na rozwijający się mózg.

MeCP2 jest jednym z trzech znanych białek, które wiążą się in vivo z metylowanym DNA i mają zdolność represji transkrypcji. Czy inni członkowie rodziny białek wiążących się z metylowanym DNA mogą także odgrywać rolę w patogenezie RS, biorąc pod uwagę fakt, że mutacje genu MECP2 wykrywa się tylko u części chorych? Ponieważ geny innych białek wiążących grupy metylowe są zlokalizowane na autosomach, mutacje w ich obrębie raczej nie spowodują wystąpienia objawów RS, o ile nie ma fenokopii autosomalnych. Mimo wszystko odkrycie, że mutacja genu mającego wpływ na metylację DNA prowadzi do rozwoju choroby świadczy o tym, że geny autosomalne mogą być kandydatami na sprawców innych schorzeń neurologicznych.

Dokumentacja na temat mutacji MECP2, przedstawiona przez Amir i wsp. wykazuje, że RS jest jedną z małej, ale stale powiększającej się grupy chorób związanych z nieprawidłowym skupianiem się chromatyny lub jej remodelingiem, z e wszystkimi tego konsekwencjami dla epigenetycznego oddziaływania na jeden lub kilka genów, które nie uległy mutacji. Inne przykłady dotyczą chorych z defektem imprintingu, u których na skutek regulacji epigenetycznej dochodzi do nieprawidłowej ekspresji genów. Podobnie, u chorych z nieprawidłowym chromosomem X, w którym brak centrum inaktywacji, nie dochodzi do inaktywacji tego chromosomu i występuje funkcjonalna disomia genów znajdujących się na chromosomie X. Ostatnio Allis i wsp. odkryli defekt fosforylacji histonu H3 u chorych na zespół Coffina-Lowry’ego, co sugeruje, że jego patogeneza może być związana z uogólnionymi zaburzeniami ekspresji genów. Powyższe przykłady ponownie kierują uwagę badaczy na chromatyną jądrową, która jest kluczową, choć często niedocenianą składową kaskady mechanizmów regulacyjnych, nie tylko biorących udział w aktywacji lub wygaszaniu genów, ale także odpowiedzialnych za powstawanie określonych chorób.

Powrót do listy kategorii

Login: Hasło: - Artykuły - Forum - Czat - Newsletter		Artykuł Przełamywanie bariery milczenia wokół zespołu Retta Źródło: IRSA Przełamywanie bariery milczenia wokół zespołu Retta Huntington F. Willard* & Brian D. Hendrich** Department of genetics, Center for Human Genetics, Case Western Reserve University and University Hospitals of Cleveland, Cleveland Ohio 44106, USA. Institute of Cell and Molecular Biology, University of Edinburgh, Edinburgh EH9 3JR, UK, e-mail: hfw@po.cwru.edu and brian.hendrich@ed.ac.uk Wiele chorób genetycznie uwarunkowanych stanowi przedmiot znacznego zainteresowania genetyków i lekarzy. Pewne schorzenia, na przykład mukowiscydoza, zyskują duże znaczenie w świadomości społecznej, ponieważ występują w populacji dość często, a ponadto zbierają duże żniwo wśród chorych. Inne schorzenia, na przykład zespół łamliwego chromosomu X, przyciągają uwagę ze względu na szczególne objawy i cechy, które wymykają się konwencjonalnym opisom. Wyjaśnienie genetycznych i molekularnych uwarunkowań takich chorób daje nadzieję na powstanie nowych teorii dotyczących wszystkich chorób genetycznie uwarunkowanych, a także skupia uwagę otoczenia, która z czasem przestaje ogniskować się na samej chorobie. Jedną z takich chorób jest zespół Retta (RS), choroba dzieci należąca do kręgu neurologicznych zaburzeń rozwojowych, która występuje prawie wyłącznie u dziewcząt. Trudno było ustalić genetyczne uwarunkowanie choroby, ponieważ w większości przypadków zaburzenie rozwija się przypadkowo, w zdrowej rodzinie. Ponadto chore dziewczynki rozwijają się prawidłowo przez pierwsze 6-18 miesięcy życia, po czym następuje okres regresji (czasem przebiegającej błyskawicznie), w trakcie którego dochodzi do utraty nabytych wcześniej umiejętności celowego posługiwania się rękoma i mówienia. Dziwacznym ruchom rąk, ataksji oraz opóźnieniu wzrastania często towarzyszy upośledzenie umysłowe. Czy X oznacza właściwe miejsce?* Dotychczas zaproponowano wiele modeli mechanizmu powstawania RS. Najprostszy z nich zakłada, że RS jest RS jest dziedziczony w sposób dominujący sprzężony z chromosomem X i jest chorobą śmiertelną dla mężczyzn (będących hemizygotami ze względu na posiadanie tylko jednego chromosomu X). Jednak w przeciwieństwie do innych chorób dziedziczonych w sposób zależny od chromosomu X, w przypadku RS nie stwierdza się znaczącej śmiertelności chłopców. Zjawisko to może być związane z faktem, że znaczny odsetek chorych jest nosicielami mutacji powstających de novo (zwłaszcza w męskich komórkach rozrodczych), jednak częstość występowania RS, szacowana na 1 do 10.000 ) świadczyłaby o występowaniu niezwykle dużej liczby mutacji. Rozpoznanie choroby sprzężonej z chromosomem X o charakterze dominującym u chłopców, którzy mimo to żyją stało się podstawą do przedstawienia innego wyjaśnienia. Ze względu na ekspresję RS, znacznie ograniczoną do jednej płci, poszukiwania genu odpowiedzialnego za rozwój choroby koncentrowały się głównie na chromosomie X. Kuszącą, aczkolwiek łatwą do podważenia hipotezę wniosły badania nad układem inaktywacji chromosomu X u chorych dziewcząt lub ich matek, co również wskazywałoby na chromosom X. O ile próby zlokalizowania odpowiedzialnego za chorobę genu znacznie utrudnia mała liczba zbadanych rodzin, w których RS występuje u kilu osób, to badania powadzone na chorych siostrach lub siostrach przyrodnich i porównywanie ich haplotypów X wykazały, że uwagę należy skoncentrować na regionie Xq28. Ruthie Amir i współpracownicy opublikowali właśnie wyniki swoich badań nad Xq28 i obecnością kilku typów mutacji genu MECP2 u części chorych. Białko 2 wiążące metylo-CpG (MeCP2) ma zdolność łączenia się z metylowanym DNA i jak się okazało, odgrywa kluczową rolę w powstawaniu kompleksów wygaszających (hamujących) proces transkrypcji. Wyniki te stanowią pomost pomiędzy genetyką RS i epigenetycznym wygaszaniem cech, a także przemawiają za tezą, że RS jest pierwszą wykrytą u ludzi chorobą uwarunkowaną uszkodzeniem białka zaangażowanego w proces metylacji DNA. Ponadto, lokują RS w małej grupie, której liczebność jednak rośnie, obejmującej choroby genetyczne związane z nieprawidłowym upakowaniem chromatyny i ekspresją genów. Związek pomiędzy budową chromatyny, ekspresją genów i metylacją DNA obserwowano już od dawna, znaczenie tej ostatniej w procesie rozwoju organizmów kręgowców jest słabo poznane. W istocie jedyne poznane geny, których prawidłowa ekspresja uzależniona jest od zjawiska metylacji to te, które kodują białko CpG z regionami, która muszą zostać metylowane, aby doszło do epigenetycznego wygaszania innych genów. Wyciszyć hałas Białko MeCP2 bierze udział w inaktywacji metylowanej chromatyny rekrutują kompleks deacetylazy histonowej. Jednak w przeciwieństwie do większości znanych dotychczas białkowych represorów transkrypcji, region wiążący białko MeCP2 występuje w wielu miejscach DNA kręgowców, a do powstania wiązania konieczna jest obecność tylko jednej metylowanej pary zasad CpG. Jaką rolę może więc odgrywać tak uniwersalny represor transkrypcji? Zaproponowano więc tezę, że MeCP2 jest nieswoistym, uniwersalnym represorem transkrypcji, który zapobiega nieplanowanemu przepisywaniu materiału genetycznego. Czy więc zaburzenia obserwowane u chorych na RS są spowodowane nadmiernym “szumem” transkrypcyjnym, wynikającym z defektu zjawiska wygaszania genów? Zjawisko występowania u chorych na RS ciężkich objawów schorzenia dopiero od pewnego wieku świadczy, że w przypadku braku białka MeCP2 nie dochodzi do zaburzenia żadnego ze specyficznych programów rozwojowych organizmu, w tym także inaktywacji chromosomu X. Jeżeli jednak genetyczny „szum” jest przyczyna choroby, dlaczego miejscem powstawania jest mózg? MeCP2 występuje w mózgu w większej ilości, niż w innych tkankach, co może świadczyć, że to właśnie mózg jest bardziej wrażliwy na ten szum. Być może stężenie MeCP2 niezbędne do utrzymania „szumu” na dopuszczalnym poziomie jest w mózgu wyższe, niż w innych tkankach. Chociaż jednak koncepcja uszkodzenia genu wygaszającego jako przyczyny RS jest logicznie uzasadniona I atrakcyjna, nie sposób jej udowodnić. Najpierw należy bowiem zidentyfikować geny docelowe dla MeCP2 (swoiście lub nieswoiście) oraz udowodnić nadmierną lub błędną ekspresję u chorych na RS, szczególnie w ich układzie nerwowym. Odkrycie mutacji genu MECP2 u chorych na RS koreluje z dotychczasowym stanem wiedzy na temat niedoboru białka MeCP2 u myszy. Komórki pnia (embryonic stem cells, ES) samców myszy z mutacjami Mecp2 nie podtrzymują dalszego rozwoju organizmu, czemu odpowiada prawdopodobnie śmiertelność chorych na RS chłopców. Z drugiej strony możliwe jest wyhodowanie myszy chimeryczne, u których tylko mały odsetek komórek wywodzi się z komórek ES z uszkodzonym MeCP2. Takie zwierzęta mogłyby stanowić dobry model do badań RS, ponieważ chore pacjentki mają również mozaikowe linie komórek posiadających MeCP2 i z jego niedoborem MeCP2, co ma miejsce ze względu na losowa inaktywacje chromosomu X w różnych komórkach. Myszy nosiciele mutacji, w mózgach których wywołano specyficzne uszkodzenia genu Mecp2, mogą również dostarczyć wiadomości na temat przyczyn szczególnego działania niedoboru białka MeCP2 na rozwijający się mózg. MeCP2 jest jednym z trzech znanych białek, które wiążą się in vivo z metylowanym DNA i mają zdolność represji transkrypcji. Czy inni członkowie rodziny białek wiążących się z metylowanym DNA mogą także odgrywać rolę w patogenezie RS, biorąc pod uwagę fakt, że mutacje genu MECP2 wykrywa się tylko u części chorych? Ponieważ geny innych białek wiążących grupy metylowe są zlokalizowane na autosomach, mutacje w ich obrębie raczej nie spowodują wystąpienia objawów RS, o ile nie ma fenokopii autosomalnych. Mimo wszystko odkrycie, że mutacja genu mającego wpływ na metylację DNA prowadzi do rozwoju choroby świadczy o tym, że geny autosomalne mogą być kandydatami na sprawców innych schorzeń neurologicznych. Dokumentacja na temat mutacji MECP2, przedstawiona przez Amir i wsp. wykazuje, że RS jest jedną z małej, ale stale powiększającej się grupy chorób związanych z nieprawidłowym skupianiem się chromatyny lub jej remodelingiem, z e wszystkimi tego konsekwencjami dla epigenetycznego oddziaływania na jeden lub kilka genów, które nie uległy mutacji. Inne przykłady dotyczą chorych z defektem imprintingu, u których na skutek regulacji epigenetycznej dochodzi do nieprawidłowej ekspresji genów. Podobnie, u chorych z nieprawidłowym chromosomem X, w którym brak centrum inaktywacji, nie dochodzi do inaktywacji tego chromosomu i występuje funkcjonalna disomia genów znajdujących się na chromosomie X. Ostatnio Allis i wsp. odkryli defekt fosforylacji histonu H3 u chorych na zespół Coffina-Lowry’ego, co sugeruje, że jego patogeneza może być związana z uogólnionymi zaburzeniami ekspresji genów. Powyższe przykłady ponownie kierują uwagę badaczy na chromatyną jądrową, która jest kluczową, choć często niedocenianą składową kaskady mechanizmów regulacyjnych, nie tylko biorących udział w aktywacji lub wygaszaniu genów, ale także odpowiedzialnych za powstawanie określonych chorób. Powrót do listy kategorii