Ученые нашли изменения в геноме, повышающие риск аутоиммунных заболеваний
Когда две последовательности ДНК отличаются на одну букву, то есть на один нуклеотид (A, T, G или С), это называется однонуклеотидным полиморфизмом, или SNP (англ. Single nucleotide polymorphism). Конкретный вариант, имеющийся у конкретного человека, называется «аллель».
© Пресс-служба МФТИ
Исследователи из Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта, Института общей генетики им. Н. И. Вавилова и МФТИ выявили в геноме букву, которая может участвовать в механизмах развития аутоиммунных заболеваний, в частности рассеянного склероза. В статье, опубликованной в PLOS ONE, ученые рассмотрели, как замена этой буквы может влиять на работу гена IL2RA, производящего важный для иммунной системы белок.
Лаборатории по всему миру определяют геномы огромного числа людей, сравнивают больных и здоровых и ищут характерные мутации. Как правило, с одним признаком ассоциировано несколько однобуквенных замен на разных участках генома, которые генетики называют SNP. Однако, чтобы открыть возможности точной диагностики и персонализированной медицины, требуется проводить детальное исследование каждого случая.
При наследовании сохраняется сразу несколько замен. Например, в одном месте стоит буква А, а в другом — сцепленная с ней буква Т. Тогда, если вместо А стоит замененная G, то вместо T тоже будет стоять другая буква. Однобуквенные замены наследуются группой, и у одного человека наблюдается сразу несколько характерных аллелей. Однако, чтобы докопаться до причин болезни, необходимо понять, кто из этой группы ее вызывает.
Для эффективной работы иммунной системы ее клетки должны передавать друг другу сигналы. Одна клетка выпускает сигнальную молекулу, а другая принимает ее с помощью специального рецептора. Например, рецептор интерлейкина-2 (IL2R) активируется, когда к нему приходит молекула интерлейкина-2. Активация этого рецептора дает клеткам команду: атаковать или, наоборот, притормозить.
РНК-полимераза синтезирует РНК на основе последовательности ДНК. Промотор — это участок ДНК, который служит для РНК-полимеразы стартовой площадкой для начала транскрипции. Для правильной инициации транскрипции должен собраться белковый комплекс.
© Пресс-служба МФТИ
«Было показано, что когда сигнал, передающийся интерлейкином-2, усиливается или прерывается, у мышей возникает аутоиммунная реакция. У людей с рядом аутоиммунных заболеваний тоже были обнаружены изменения в работе соответствующих рецепторов. Поэтому мы сосредоточились на гене IL2RA и на соседних SNP, ассоциированных с аутоиммунными болезнями», — рассказывает Марина Афанасьева, первый автор исследования, сотрудник Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта.
В некодирующей части гена ученые отобрали шесть замен в геноме, связанных с такими аутоиммунными заболеваниями, как рассеянный склероз, ревматоидный артрит, болезнь Крона, язвенный колит и так далее. Применив еще несколько критериев, они отобрали замену, обозначаемую как rs12722489. У большинства людей на определенном участке встречается буква G, но у некоторых эта буква заменена на A, и статистически замена реже встречается у людей с аутоиммунными заболеваниями. Анализ этого участка ДНК показал, что если замены нет, то последовательность обладает сродством к транскрипционным факторам ERα и ERβ (эстрогеновые альфа- и бета-рецепторы). Изменение количества белка под влиянием транскрипционных факторов и может быть причиной нарушений в иммунной системе.
Кольцевая ДНК. Промотор — это участок, на котором происходит запуск транскрипции (показан светло-зеленым). Далее идет ген люциферазы, и красным обозначена область, содержащая замену.
© Пресс-служба МФТИ
С помощью тестовой конструкции ученые проверили, как замена буквы может влиять на транскрипцию. В ней закодировали белок люциферазу, который в присутствии люциферина светлячка вызывает биолюминесценцию. По степени светимости ученые хотели определить активность гена, которая зависит от регуляции транскрипции. Одна часть конструкций содержала А-вариант, другая — G-вариант, последний продемонстрировал светимость в 1,5 раза больше. Это означает, что замена rs12722489 ослабляет транскрипцию IL2RA.
В этом же эксперименте авторы показали, что при отсутствии эстрогена светимость у A- и G-аллелей одинаковая. Для доказательства того, что ERα действительно связывается с G-вариантом и не связывается с А-вариантом, использовалось еще три экспериментальных метода. Таким образом, авторы исследования показали, что, по крайней мере, в клеточных культурах замена rs12722489 влияет на производство белка IL2RA. Если в найденной позиции стоит буква G, участок ДНК связывается с транскрипционным фактором ERα, который усиливает транскрипцию гена IL2RA. А в результате замены на букву A может получаться меньше белка, что, возможно, уменьшает склонность к аутоиммунным заболеваниям.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.