Ученые нашли способ «выключить» дополнительную хромосому, вызывающую развитие синдрома Дауна


Результаты нового исследования, недавно опубликованные в журнале Nature, показали, что внедрение в клетки лишь одного гена может «выключить» дополнительную копию 21 хромосомы, вызывающую развитие синдрома Дауна [1]. Разработанный метод может помочь ученым идентифицировать клеточные сигнальные пути, лежащие в основе развития симптомов заболевания, а также разработать методы лечения больных.
По мнению Жанны Лоуренс (Jeanne Lawrence), клеточного биолога из Медицинской Школы при Массачусетском Университете (University of Massachusetts Medical School, США), возможны различные способы применения разработанной стратегии, и ее можно использовать уже сейчас.
Лоуренс и ее исследовательская команда разработали инновационный подход, имитирующий естественный процесс, при котором происходит выключение одной из двух X-хромосом в организме всех млекопитающих женского пола. В обеих Х-хромосомах есть ген инактивации Х-хромосомы (X-inactivation gene, XIST). При экспрессии этого гена синтезируется молекула РНК, которая покрывает поверхность хромосомы, как одеяло, блокируя экспрессию других генов. У млекопитающих женского пола активен только один ген XIST, что приводит к выключению одной Х-хромосомы, на которой он расположен.
Исследовательская команда под руководством Лоуренс поместила ген XIST в одну из трех копий 21 хромосомы в клетки, полученные от человека с синдромом Дауна. Исследовательская команда также поместила генетический «переключатель», позволяющий ученым «включать» ген XIST с помощью введения в клетку определенной дозы антибиотика доксициклина. Считается, что дополнительная копия 21 хромосомы приводит к повышению экспрессии генов, расположенных на ней, что вносит вклад в задержку общего развития, наблюдающуюся у пациентов с синдром Дауна.
Первые шаги
В экспериментах использовались индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), способные превращаться в различные типы зрелых клеток организма, поэтому ученые надеются, что однажды они смогут изучить эффекты синдрома Дауна на различные органы и ткани человека. Эти исследования могут помочь создать методы лечения, направленные на устранение дегенеративных симптомов синдрома Дауна, например, тенденции к преждевременному развитию деменции у этих больных.
По мнению Ниссима Бенвенисти (Nissim Benvenisty), исследователя стволовых клеток из Еврейского Университета Иерусалима (Hebrew University in Jerusalem, Израиль), идея «выключить» дополнительную хромосому у пациентов с синдромом Дауна является очень интересной. Он ожидает, что ученые при проведении будущих исследований, в которых патологические клетки будут разделены на две группы (первая – с активными генами дополнительной 21 хромосомы, вторая – с «выключенными» генами этой хромосомы), сравнят функционирование этих клеток и их ответ на проводимое лечение.
В предыдущих исследованиях ученые удаляли дополнительную хромосому из клеток, полученных от пациентов с синдромом Дауна, с помощью различных методов их генетической модификации [2]. Применение этих методов было основано на том факте, что ИПСК, которые несут третью копию 21 хромосомы, иногда естественным образом избавляются от нее. По мнению Митчелл Вейсс (Mitchell Weiss), исследователя стволовых клеток из Детского Госпиталя Филадельфии (Children’s Hospital of Philadelphia, США) в штате Пенсильвания, это – сложный процесс, который невозможно проконтролировать.
По словам Вейсс, новый метод имеет определенные недостатки: «включение» гена XIST может блокировать экспрессию не всех генов дополнительной 21 хромосомы, что может спутать результаты экспериментов.
Однако Вейсс считает, что предложенный подход может дать начало разработке новых методов лечения пациентов с синдромом Дауна. Он также может быть полезен для изучения таких хромосомных заболеваний, как синдром Патау – нарушение развития, вызванное наличием третьей копии 13 хромосомы.

У людей с синдромом Дауна есть дополнительная копия 21 хромосомы, которая вызывает задержку общего развития. (фото: SUPERSTOCK/ALAMY)
По материалам NatureNews
Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2013.13406
Литература:
1. Jiang, J. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature12394 (2013).
2. Li, L.B. et al. Cell Stem Cell 11, 615–619 (2012).
