Genetske mutacije, povezane z obliko slepote | 2020

Vsebina:

Anonim

Ena od najbolj obetavnih poti za razvoj zdravljenja pa je genska terapija, za ustvarjanje teh terapij pa so potrebni živalski modeli bolezni, ki natančno posnemajo človeško stanje.

V novi študiji so v sodelovanju med znanstveniki Univerze v Pennsylvaniji in Temple University ugotovili dve naravno prisotni genetski mutaciji pri psih, ki imata za posledico akromatopsijo. Ko so identificirali odgovorne mutacije, so uporabili strukturno modeliranje in molekularno dinamiko na superračunalniku Titan v Oak Ridge National Laboratory in superkompjuterju Stampede v Texas Computing Centru, da bi simulirali vpliv mutacij na nastali protein, kar kaže, da mutacije destabilizirajo molekularne molekule. bistvenega pomena za pretvorbo svetlobnega signala.

Ugotovitve omogočajo vpogled v molekularni vzrok za to obliko slepote in predstavljajo tudi nove možnosti za izvajanje predkliničnih ocen kurativne genske terapije za ahromatopsijo pri psih in pri ljudeh.

"Naše delo pri psih, in vitro in in silico nam kaže posledice teh mutacij pri motenju delovanja teh ključnih kanalov," je povedala Karina Guziewicz, višja avtorica študije in višji raziskovalec na šoli Penn's Veterinarske medicine. "Vse, kar smo našli, kaže, da bo gensko zdravljenje najboljši pristop za zdravljenje te bolezni, in se veselimo naslednjega koraka."

Študija je bila objavljena v reviji PLOS ONE in soavtorica Emily V. Dutrow Penna Veta in Tempelj Naoto Tanaka. Dodatni soavtorji iz Penn Vet so bili Gustavo D. Aguirre, Keiko Miyadera, Shelby L. Reinstein, William R. Crumley in Margret L. Casal. Temeljska ekipa, vse iz Visoke šole za znanost in tehnologijo, je vključevala Lucie Delemotte, Christopher M. MacDermaid, Michael L. Klein in Jacqueline C. Tanaka. Prispeval je tudi Christopher J. Dixon iz Veterinarske vizije v Združenem kraljestvu.

Raziskava se je začela z nemškim pastirjem, ki so ga pripeljali v bolnišnico Ryan v Pennu Vetu. Lastniki so bili zaskrbljeni zaradi njene vizije.

"Ta pes je pokazal klasično izgubo stožčastega vida; ne bi videl dobro pri dnevni svetlobi, vendar ni imel težav pri slabih svetlobnih pogojih," je dejal Aguirre, profesor medicinske genetike in oftalmologije pri Penn Vet.

Raziskovalci Penn Vet so želeli identificirati genetski vzrok, toda pes ni imel nobenega od "običajnih osumljencev", znanih genskih mutacij, ki so odgovorne za ahromatopsijo pri psih.Da bi našli novo mutacijo, so znanstveniki preučili pet ključnih genov, ki igrajo vlogo pri fototransdukciji, ali proces, s katerim se svetlobni signali prenašajo skozi oko v možgane.

Našli so, kar so iskali na genu CNGA3, ki kodira ciklični nukleotidni kanal in igra ključno vlogo pri prenosu vizualnih signalov. Sprememba je bila "misense" mutacija, kar pomeni, da mutacija povzroči proizvodnjo različnih aminokislin. Medtem so od kolega Dixona slišali, da je pregledal labradorske sprejemnike s podobnimi simptomi. Ko je Pennova ekipa izvedla isto genetsko analizo, so odkrili drugačno mutacijo na istem delu istega gena, kjer je bila ugotovljena mutacija pastirja. Pri psih ni bila nikoli opisana nobena mutacija.

"Naslednji korak je bil nadaljevanje tega in pogled na posledice teh posebnih mutacij," je dejal Guziewicz.

Prednost skupine je bila uporaba superračunalnikov Titan in Stampede, ki lahko simulirajo modele atomske strukture beljakovin in s tem pojasnijo, kako lahko protein deluje. To delo je pokazalo, da sta obe mutaciji motili funkcijo kanala, zaradi česar je bila nestabilna.

»Računalniški pristop nam omogoča, da do atomske ravni modeliramo, kako lahko majhne spremembe v zaporedju beljakovin pomembno vplivajo na signalizacijo,« je povedal MacDermaid, docent za raziskave na Inštitutu za računalniško molekularno znanost Temple's. "Nato lahko uporabimo ta vpogled, da bomo lažje razumeli in izboljšali naše eksperimentalno in klinično delo."

Temeljni raziskovalci so ponovno ustvarili te mutirane kanale in pokazali, da je eden povzročil izgubo funkcije kanala. Nadaljnji in vitro eksperimenti so pokazali, da je druga mutacija povzročila nepravilno usmerjanje kanalov v celici.

Raziskovalci Penn Vet so uspešni pri zdravljenju različnih oblik slepote pri psih z gensko terapijo, s čimer so določili fazo zdravljenja slepote. V človeški akromatopsiji je bilo v genu CNGA3 identificiranih skoraj 100 različnih mutacij, vključno s tistimi, ki so bile določene v nemški pastirju v tej študiji.

Rezultati torej postavljajo temelje za oblikovanje konstruktov genske terapije, ki lahko z isto metodo usmerijo to obliko slepote.