Исследователи обнаружили молекулярный триггер воспалительного заболевания кишечника

Исследователи обнаружили молекулярный триггер воспалительного заболевания кишечника
                Изображение рыбок данио, у которого вся кишка выделена красным, а экспрессия молекулы TNF выделена зеленым. Исследователи из Duke обнаружили, что ген, называемый uhrf1, действует на TNF как своего рода молекулярный ручной тормоз, удерживая его от запуска ряда провоспалительных и иммунных сигналов, которые управляют воспалительными заболеваниями кишечника. Предоставлено: Линдсей Майоран, Университет Дьюка.

Клетки, выстилающие кишечный тракт, образуют критический барьер, защищая наши тела от миллиардов бактерий, живущих в кишечнике. Нарушения в этом барьере в основном обусловлены одной сигнальной молекулой, называемой фактором некроза опухоли (TNF), повышенное количество которого связано с воспалительными заболеваниями кишечника, такими как болезнь Крона и язвенный колит.
                                                                                       

Препараты, нацеленные на ФНО, стали эффективным средством лечения этих заболеваний, но, несмотря на его клиническую важность, до сих пор неясно, что вызывает повышение уровня ФНО в кишечнике или как это событие приводит к возникновению заболевания.

Исследователи из Duke обнаружили, что ген, называемый uhrf1, действует на TNF как своего рода молекулярный ручной тормоз. В отсутствие uhrf1 ФНО вырабатывает ряд провоспалительных и иммунных сигналов, которые разжигают и повреждают пищеварительный тракт.

«Наши результаты дают новый взгляд на то, как могут возникать и развиваться воспалительные заболевания кишечника», — сказал доктор философии Мишель Багнат, доцент кафедры клеточной биологии в Медицинской школе Университета Дьюка. «Мы уже знали, что генетическая восприимчивость может сыграть свою роль, но мы обнаружили, что не только сами иммунные гены, но и регуляция этих генов (посредством эпигенетики) может вызывать проблемы».

Результаты появляются на неделе 16 февраля в Слушаниях Национальной академии наук.

Воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) представляют собой группу хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта, от которых страдают более 1,6 миллиона американцев. Хотя происхождение этих заболеваний неясно, недавние исследования выявили ряд факторов, включая генетические изменения, кишечные микробы, сверхактивный иммунитет и воздействие окружающей среды.

Багнат решил использовать экспериментальный подход под названием «генетика вперед» для выявления новых причин ВЗК. Во-первых, его постдокторский сотрудник Линдсей Майоран использовал химические вещества, чтобы вызвать мутации в их модельном организме выбора, рыбке данио. Поскольку эти маленькие аквариумные рыбки прозрачны как зародыши, она может легко визуализировать любые дефекты кишечника по мере их развития.

После скрининга сотен мутантов майоран обнаружил несколько штаммов, которые имели выраженные дефекты кишечника, в том числе более тонкий защитный барьер и куски плавающего клеточного мусора.

Затем исследователи решили сузить свои результаты только до мутантов, вовлеченных в воспаление. Поскольку активность TNF является признаком воспаления, они создали «репортерную» рыбку данио, которая загорелась зеленым светом везде, где ген TNF был «включен» в организме. Затем исследователи разводили репортерную рыбу TNF мутантам с их первоначального скрининга, чтобы увидеть, влияет ли какой-либо из мутантных генов на экспрессию этой важной провоспалительной молекулы.

Эксперимент принес две большие неожиданности. Во-первых, они обнаружили, что TNF, первоначально считавшийся производимым в основном иммунными клетками, также вырабатывался эпителиальными клетками, которые выстилают кишечник. Во-вторых, они обнаружили, что один из мутантов на самом деле накачивает уровни ФНО, вырабатываемые в пищеварительном тракте.

После более подробного генетического исследования исследователи обнаружили, что ответственным геном был uhrf1, который участвует в эпигенетическом процессе, известном как метилирование ДНК. Отключение или включение определенного гена в данной клетке определяется наличием или отсутствием специфических химических меток или метильных групп — метилирования — прикрепленных к ДНК.

Uhrf1 обычно действует, чтобы отключить гены, которые продуцируют TNF, но когда эта репрессия теряется, эти гены включаются, а TNF производится и высвобождается. «Вы можете думать об этом с точки зрения автомобиля, припаркованного на дороге. Если вы избавитесь от ручного тормоза, автомобиль начнет вращаться», — сказал Багнат.

В сотрудничестве с Мэри Голл из Мемориального онкологического центра Слоан-Кеттеринг исследователи продемонстрировали, что потеря uhrf1 действительно удаляет метилирование из гена TNF.

Затем Багнат повернулся к своему коллеге по герцогу Джону Роулсу, чтобы выяснить, нужно ли подвергать кишок рыбок данио воздействию бактерий, которые провоцируют провоспалительную активность TNF. Когда они выращивали мутантов рыбок данио в свободной от бактерий среде, TNF все еще активировался, хотя и в меньшей степени. Результаты показали, что потери тормоза uhrf1 было достаточно, чтобы направить TNF на путь разрушения, даже без этого дополнительного толчка кишечных микробов.

Теперь исследователи пытаются перевести свои результаты на высшие организмы, такие как люди, ища похожие дефекты метилирования у пациентов с ВЗК. В конечном счете, обнаруженные ими дефекты могут послужить мишенью для новой диагностики или терапии заболевания.

Поделится с друзьями

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *