Asfiksja - jeden gen przyczyną niedoczynności

Jeden jedyny gen uszkodzony i mamy zamartwicę, inaczej mówiąc – asfiksję. Gen niezbędny od pierwszego oddechu został w rzeczywistości zidentyfikowany przez naukowców z CNRS. Odkryty u myszy, jest jednak obiecujący dla lepszego zrozumienia problemów z oddychaniem u człowieka, tak twierdzi pan Lauren Fasano, odpowiedzialny za te badania. Lauren Fasano oraz jego zespół badawczy z Instytutu Biologii Rozwojowej w Marsylii Luminy (IBDML, CNRS/Uniwersytety Śródziemnomorskie), zainteresowali się kontrolą na poziomie molekularnym zróżnicowania komórek w przebiegu rozwoju embrionalnego. Ich ostatnie prace pozwoliły na identyfikację genu, który został nazwany Tshz3, biorącego udział w różnicowaniu pewnych komórek, i który jest, między innymi, niezbędny do zainicjonowania oddychania przy narodzinach u myszy.

Ich współpraca z dwoma zespołami z CNRS, z Laboratorium Neurobiologii oraz Rozwoju (CNRS/Uniwersytet Paryż-Południe 11) oraz z Centrum Badań Neurobiologicznych i Neuropsychologicznych w Marsylii (CNRS/Uniwersytet Śródziemnomorski/Uniwersytet imienia Paula Cezanne’a), doprowadziła do publikacji wspólnie osiągniętych rezultatów w dzienniku Journal of Neuroscience. Prace, które pozwalają na rozważanie lepszego zrozumienia rozpoczęcia oddychania oraz problemów z oddychaniem, jak szczegółowo wyjaśnia Laurent Fasano. Prace badawcze doprowadziły do odkrycia genu biorącego udział w oddychaniu, który nazwano Teashirt3.

W embrionie muchówki drozofila Laurent Fasano zidentyfikował gen, który wyraża się we fragmentach górnej części torsu oraz brzucha, ale ani w głowie, ani w ogonie. Ten profil ekspresji przypomina T-shirt. Dlatego więc Laurent Fasano nazwał odkryty gen teashirt, pisownia natomiast wynika z francuskiego ducha naukowca. Gen Teashirt3 (Tshz3) jest jedną z trzech równoznacznych wersji, u myszy, genu teashirt odkrytego u muchówki drozofili.

Co wiemy o tym nowo odkrytym genie? Geny teashirt kodują proteiny, które regulują ekspresję innych genów. W embrionie myszy, gen Tshz3 wyraża się w systemie nerwowym oraz w tkance mezenchymatycznej (mezenchyma), czyli w tkance łącznej zarodkowej licznych organów wewnętrznych, takich jak jelita, płuca, pęcherz moczowy, moczowód, itp., która warunkuje powstanie mięśni gładkich. W przewodzie moczowym, niezbędna jest do zróżnicowania komórek, z których powstaną mięśnie gładkie. Dlatego, w przypadku nieobecności genu Tshz3, komórki te, nazywane komórkami progenitorowymi mięśni gładkich, nie różnicują się w mięśnie gładkie. W embrionie, nieobecność tego genu skutkuje zahamowaniem funkcjonowania przewodu moczowego oraz nerek.

Patologia ta jest podobna do tego, co obserwujemy u człowieka, w przypadku funkcjonalnej obstrukcji połączenia między nerką a moczowodem: mięśnie gładkie, niezbędne dla przepłynięcia moczu z nerek do pęcherza moczowego, nie funkcjonują.

W jaki sposób udało się zidentyfikować gen u myszy? Użyto do tego celu cech charakterystycznych dla tego genu u muchówki drozofila, aby zidentyfikować geny Teashirt u kręgowców. Technicznie rzecz biorąc, naukowcy zastosowali technikę PRC przy pomocy zdegenerowanych fragmentów (amplifikacja sekwencji DNA, mniej lub bardziej specyficzna), aby wyizolować sekwencje podobne u kręgowców: u myszy, kurczaka, człowieka. Kiedy tylko został zidentyfikowany, gen Tshz3 u  myszy, najpierw go dezaktywowano poprzez rekombinację homologiczną w komórkach macierzystych embrionalnych. Te komórki pozwoliły naukowcom otrzymać zwierzęta heterozygotyczne, posiadające jedną kopię genu dzikiego oraz jedną kopię genu nieaktywnego.

Aby otrzymać zwierzęta-mutanty homozygotyczne, czyli takie, które posiadają dwie wersje genu zmutowanego, naukowcy następnie skrzyżowali samca i samicę, obydwoje heterozygotyczne. Analiza embrionów-mutantów pozwoliła badaczom na określenie dwóch wad: zróżnicowanie mięśni gładkich wzdłuż przewodu moczowego oraz zróżnicowanie neuronów biorących udział w rozpoczęciu rytmicznej akcji oddechowej. Konkretnie, myszy-mutanty nowonarodzone nie są zdolne zainicjować oddychania i umierają w ciągu kilku minut.

Czy gen Tshz3 jest naprawdę jedynym genem, który bierze udział w zainicjowaniu pierwszego oddechu, czy też istnieją inne geny? Otóż, nie jest on jedynym genem, ale zazyczaj, neurony, które kontrolują rytm oddechowy, są nieobecne, kiedy inne geny, znane z tego, że wpływają na rozwój tych neuronów, są zmutowane. U mutantów Tshz3, te neurony są obecne, ale nieaktywne. Teoretycznie, myszy zmutowane w genie Tshz3 pozwalają więc na porównanie neuronów-mutantów z neuronami normalnymi u myszy zdrowych.

W przyszłości, ta analiza porównawcza będzie pozwalała być może na identyfikację tego, co nie funkcjonuje poprawnie w neuronach-mutantach. U myszy-mutantów, naukowcom udało się wykazać, że neurony-motory jądra dwuznacznego (łac. nucleus ambiguus), jedenej ze struktur mózgu, degenerują. Te neurony zarządzają mięśniami górnych dróg oddechowych.

Badania zostały przeprowadzone na myszach, czy więc wiadomo, czy wersja tego genu u ludzi jest podobna do wersji u myszy? Naukowcy wiedzą już, że gen Tshz3 istnieje u człowieka, a prace innego zespołu badawczego z Mount-Sinaï (New-York), wykazują, że ten gen jest ważny dla przeżycia neuronów. U człowieka, gen Tshz3 bierze udział w chorobie Alzheimera. W przyszłości, naukowcy spodziewają się określić, czy gen Tshz3 ludzki odgrywa jakąś rolę w rozwoju neuronów biorących udział w pojawieniu się rytmu oddechowego.

Czy jest więc możliwe, że ten gen byłby zamieszany w nagłą śmierć noworodków? A jeśli tak, jakie środki można zastosować, aby tego uniknąć? Na tę chwilę, naukowcy nie posiadają żadnych wskazówek pozwalających stwierdzić, ani wykluczyć, że gen Tshz3 jest zamieszany w nagłą śmierć noworodków. Ta hipoteza jednak zasługuje na to, aby ją dokładnie przebadać, we współpracy z zespołami genetyków oraz badaczy klinicznych.

Czy więc można rozważać wykrywanie, a przede wszystkim, możliwości leczenia, u ludzi mających niefunkjonujący gen Tshz3? Naukowcy już są w trakcie współpracy z innymi grupami, które mają na celu zidentyfikowanie mutacji w genie Tshz3 u człowieka, które są być może powiązane z obstrukcją kielichów i miedniczek nerkowych.

W przyszłości, badacze chcieliby ustanowić kolejną współpracę w celu identyfikacji mutacji u człowieka, związanych z genem Tshz2, u pacjentów cierpiących na porblemy z oddychaniem. Tak więc zastosowanie testów wykrywających jest odległą perspektywą.