Nová studie Northwesternské univerzity fakulty medicíny pomáhá vysvětlit, jak změny v genu SCN2A ovlivňují, zda se u dítěte vyvine autismus nebo epilepsie, věk, ve kterém záchvaty začínají u epilepsie, a závažnost dalších postižení dítěte.
Genetická změna, nebo varianta v genu zvaném SCN2A, je známou příčinou dětských záchvatů, poruch autistického spektra a mentálního postižení, stejně jako široké škály dalších středně těžkých až hlubokých poruch mobility, komunikace, příjmu potravy a vidění.
Změny v genu SCN2A ovlivňují věk nástupu záchvatu a závažnost jiných neurologických poruch u postižených dětí.
Poruchy související s SCN2A, ačkoli jsou v běžné populaci vzácné, jsou jedním z častějších jednogenových neurovývojových stavů charakterizovaných infantilními záchvaty, poruchou autistického spektra a mentálním postižením.
Závažnost těchto poruch se velmi liší od člověka k člověku.
Zjištění by měla pomoci lépe identifikovat pacienty, kteří jsou nejvhodnější pro klinické zkoušky nových přesných léků a genových terapií.
Závažnost těchto poruch se může velmi lišit od člověka k člověku, ale málo je známo o tom, co se děje na úrovni proteinu SCN2A, aby způsobily tyto rozdíly. Tato zjištění pomohou lépe identifikovat pacienty, kteří jsou nejvhodnější pro klinické zkoušky nových přesných terapií, včetně těch, které se zaměřují na samotný gen SCN2A.
Analýza sodíkových kanálů
Studie představuje spolupráci mezi akademickou laboratoří v Northwesternu a nadací FamilieSCN2A Foundation, skupinou pro obhajobu vzácných onemocnění vedenou rodiči. Studie připravenosti na klinické zkoušky SCN2A (SCN2A-CTRS) přijala 81 rodin z celého světa a shromáždila podrobná klinická data a informace k identifikaci jejich variant SCN2A . Střední věk byl 5,4 roku. Nejmladšímu účastníkovi byl 1 měsíc a nejstaršímu 29 let.
Severozápadní tým rozsáhle analyzoval funkční účinky každé varianty SCN2A na sodíkové kanály, drobné brány v membránách nervových buněk, které řídí tok sodíkových iontů do buňky a pomáhají neuronům v mozku správně fungovat. Varianty v genu SCN2A mění fungování sodíkového kanálu. V závislosti na individuální variantě může být kanál hyperaktivní (sodíkové ionty proudí volněji) nebo zcela neaktivní (kanál nefunguje vůbec). Existují varianty, které umožňují, aby kanál fungoval složitějšími způsoby.
Studie zjistila spektrum účinků variant SCN2A na funkci sodíkových kanálů od hyperaktivních až po zcela neaktivní kanály. Důležité je, že klinický stav dítěte se měnil s funkčním dopadem na kanál. Hyperaktivní kanály byly obecně spojeny s nástupem záchvatů v prvním týdnu života. Více zhoršená funkce kanálu byla častější, když byl věk nástupu záchvatu vyšší. Ve skutečnosti téměř všichni ti bez záchvatů měli zcela neaktivní sodíkové kanály.
Závažnost dalších vlastností souvisejících s onemocněním také sledovala tento gradient s těmi nejvážněji postiženými (neschopnými chodit, komunikovat, jíst, používat ruce), kteří mají nejnižší věk při nástupu záchvatu a hyperaktivní kanály. Jak se věk při nástupu záchvatů zvyšoval a kanály byly méně aktivní, závažná neurologická poškození u dítěte měla tendenci být méně závažná.
„Dříve jsme věděli, že změny v genu SCN2A byly spojeny se záchvaty začínajícími již v novorozeneckém období a až do několika prvních let života,“ řekl spolukorespondent Dr. Alfred George, předseda farmakologie na Northwesternské lékařské fakultě Feinbergerovy univerzity. „Těmto asociacím jsme rozuměli příliš zjednodušeně.
„Naše nová studie objasňuje vztah mezi funkčními důsledky mutací SCN2A, primárním fenotypem (autismus versus epilepsie a věk při nástupu záchvatu u pacientů s epilepsií) a celkovou závažností poškození dítěte (mobilita atd..)“
Zjištění zpochybňují převládající porozumění
Mezi vědci převládá názor, že časné záchvaty jsou spojeny pouze s hyperaktivními sodíkovými kanály a nedostatečně aktivní nebo neaktivní kanály jsou spojeny s autismem, řekl George. Je to však složitější a děti s časným nástupem, v prvních třech měsících, ale po bezprostředním novorozeneckém období, hyperaktivní kanály nemají.
„To je důležité, protože nové přesné léky, které jsou nejvhodnější pro hyperaktivní varianty SCN2A, by mohly být škodlivé pro ty, kteří mají málo aktivní nebo neaktivní varianty,“ řekl George. „Spoléhání se pouze na věk nástupu záchvatu jako kritéria pro zařazení do klinických studií riskuje zařazení nevhodných pacientů.“
Lékařka Anne Bergerová, pomocná profesorka neurologie na Feinbergu, vedoucí výzkumnice SCN2A-CTRS a spoluautorka odpovídající studie, zdůraznila, že „v éře přesné medicíny pro vzácná genetická onemocnění tato spolupráce mezi rodinnou nadací a velkým Projektem financovaný NIH je příkladem nových partnerství, která jsou potřebná, aby poskytla rychlé odpovědi na kritické otázky a položila základy pro úspěšný vývoj léků na těžké neurovývojové poruchy, jako jsou ty spojené s SCN2A.
Nejste-li spokojeni s velikostí svého nosu, máte nyní koho vinit, protože nový výzkum odhalil, že některé geny zodpovědné za zvětšování délky nosu lze vysledovat až k našim vyhynulým bratrancům neandrtálcům, píše IFL Science. Podle autorů studie se u dávných hominidů mohly vyvinout velké nosy, které jim pomáhaly vyrovnat se s chladným euroasijským podnebím a poté se jejich prodloužené nosy přenesly na moderní lidi, když se oba druhy křížily.
„V posledních 15 letech, kdy byl neandertálský genom sekvencován, jsme se mohli dozvědět, že naši vlastní předkové se zřejmě křížili s neandertálci a zanechali nám malé kousky jejich DNA,“ vysvětlil autor studie Dr. Kaustubh Adhikari ve svém prohlášení. „Zde jsme zjistili, že část DNA zděděné po neandrtálcích ovlivňuje tvar našich obličejů. To mohlo být pro naše předky užitečné, protože se to předávalo po tisíce generací.“
Z rychlého porovnání lidských a neandertálských lebek je celkem jasné, že ti druzí měli výrazně vyšší nosy, což dokládá vzdálenost mezi nasionem – místem, kde se horní část nosu stýká s čelem – a philtrum. Aby vědci pochopili, jak naše geny ovlivňují výšku nosu, prozkoumali DNA více než 6 000 lidí z celé Latinské Ameriky.
Křížovým porovnáním těchto genetických informací s obrázky obličejů účastníků studie se autorům podařilo identifikovat 33 oblastí genomu souvisejících s tvarem obličeje. Následné analýzy odhalily, že 26 z těchto oblastí se opakovalo v samostatných kohortách z Evropy, Afriky a Asie.
Zvláště zajímavá byla genetická oblast 1q32.3, která vykazuje introgresi od neandrtálců a byla spojena se zvýšenou výškou nosu. Bylo zjištěno, že zejména jeden gen – známý jako gen ATF3 (Activating Transcription Factor 3) – se vyvinul v důsledku přirozeného výběru, což znamená, že musel napomáhat šancím na přežití těch neandertálců, kteří jej nesli.
Jinými slovy, neandertálci s delšími honítky mohli mít větší šanci předat svou DNA dál.
„Již dlouho se spekuluje, že tvar našich nosů je dán přírodním výběrem; jelikož nám nosy pomáhají regulovat teplotu a vlhkost vzduchu, který dýcháme, mohou být různě tvarované nosy vhodnější pro různé klimatické podmínky, ve kterých naši předkové žili,“ vysvětlil autor studie Dr. Qing Li. „Gen, který jsme zde identifikovali, mohl být zděděn po neandrtálcích, aby pomohl lidem přizpůsobit se chladnějšímu podnebí, když se naši předkové stěhovali z Afriky.“
Genetik Krutovsky řekl, zda lze GMO integrovat do lidského genomu
Nedávné vědecké práce o horizontálním přenosu genů (nesexuálně mezi různými živočišnými a rostlinnými druhy) naznačují, že mechanismus pro takový přenos může existovat i v lidském těle. To znamená, že různé fragmenty genomů z rostlinné a živočišné potravy se mohou s potravou nejen dostat do žaludku, ale následně krví skončit v buňkách a ovlivnit činnost lidských genů, píše Federální výzkumné centrum Vir.
Existuje také hypotetická možnost zabudování fragmentů cizích genů do lidského genomu, o které dříve diskutovali odpůrci GMO. Nová vědecká data, diskutovaná s vedoucím výzkumným pracovníkem Ústavu obecné genetiky. N. I. Vavilov RAS, profesor katedry genomiky a bioinformatiky Sibiřské federální univerzity (SFU), genetik Konstantin Krutovsky.
Vysvětlete prosím, co je horizontální přenos genů?
„Toto je proces přenosu genetické informace mezi organismy, které nejsou navzájem potomky. K tomuto procesu nedochází prostřednictvím obvyklé vertikální dědičnosti z rodičovských buněk na potomky, ale prostřednictvím přenosu genů z jednoho organismu do druhého bez sexuální reprodukce.
Existuje několik mechanismů horizontálního přenosu genů: transformace, konjugace a transdukce. Při transformaci genetický materiál z prostředí vstupuje do buňky a integruje se do jejího genomu. Konjugace je proces, při kterém si bakteriální buňky vyměňují plazmidy, malé samostatné molekuly DNA. Transdukce je přenos genetické informace z jedné buňky do druhé pomocí virů.
Horizontální přenos genů může vést k evolučním změnám v organismu, protože nové geny mohou přidat nové funkce a vlastnosti, stejně jako učinit organismy odolnými vůči antibiotikům a dalším faktorům životního prostředí. Dříve se mělo za to, že horizontální přenos genů je možný pouze u bakterií a hub. Nyní se začaly objevovat důkazy, že takový mechanismus může existovat i u zvířat, včetně lidí.
Foto: Federální výzkumné centrum/ genetik Konstantin Krutovsky
Jaká fakta přiměla vědce přemýšlet o existenci takového mechanismu ve vysoce organizovaných organismech?
„Učíme se stále více o práci genomu, a to jak lidí, tak jiných zvířat a rostlin. Dlouhou dobu byl záhadou fenomén redundance genomu, kdy velikost genomu organismu a počet genů jsou mnohem větší, než by se dalo očekávat vzhledem k jeho složitosti.
Například genom borovice je 6–12krát větší (17–35 miliard nukleotidových bází, v závislosti na druhu) než genom člověka (o něco více než 3 miliardy nukleotidových bází) a počet genů je také jeden a poloviční až dvakrát větší. A to je paradox už dlouho.
Pak se ukázalo, že je to způsobeno složitější organizací genů a genomu u vysoce vyvinutých organismů. Ukázalo se také, že kromě genů kódujících proteiny (zodpovědných za většinu biochemických reakcí v těle) existují geny a část genomu, které proteiny nekódují, ale podílejí se na složitých procesech regulace aktivity jiných geny.
Geny kódující lidské proteiny tvoří pouze 1-2 % celého genomu. Zbytek byl dokonce dlouhou dobu nazýván „junk DNA“, aniž by chápali jeho funkce. Ukázalo se, že významná část této DNA je velmi důležitá a nezbytná.
– To znamená, že nyní již neexistuje výraz jako nevyžádaná DNA. Co znamená „nevyžádaná DNA“?
Ano, to už neříkají, i když to říkali relativně nedávno, někde na konci šedesátých let. Pak si ale uvědomili, že geny, které hrají nějakou funkční roli, nejsou 1 % celého genomu, ale mnohem více. Podle některých odhadů tvoří téměř 50 % celého genomu.
Geny jsou distribuovány do různých rodin. Kromě asi 20 000 genů kódujících protein obsahuje většina genomu regulační prvky, které se podílejí na řízení genové aktivity.
Kromě toho je v genomu mnoho dalších často se opakujících sekvencí, včetně transpozonů (parazitní geny kódující enzym, díky kterému se mohou integrovat do hostitelského genomu a pohybovat se po něm), retroviry a další mobilní elementy, které se mohou pohybovat po genomu. , stejně jako různé nefunkční pseudogeny (zbytky některých dříve funkčních genů).
Odkud se to všechno v lidském genomu bere?
„Myslím, že mnoho z těchto prvků je výsledkem opakované duplikace a horizontálního přenosu genů z jiných druhů.“
Navíc se ukázalo, že člověk má mnoho genů, které kódují RNA, která se nepodílí na syntéze proteinů („nekódující RNA“), ale podílí se na regulaci genové aktivity a mnoha buněčných procesů. Jedná se o různé regulační prvky, včetně velmi velké třídy krátkých nebo malých RNA, které jsou obsaženy v lidských buňkách a mohou interagovat (interferovat) s RNA jiných genů a dokonce i s DNA genomu.
— Proč potřebujeme tyto krátké a rušivé RNA v lidských buňkách?
– Jak se ukázalo, hrají obrovskou roli v regulaci aktivity genů a ve vývoji organismu, jeho adaptaci na prostředí.Ukázalo se, že u lidí, stejně jako u jiných, evolučně vyspělejších organismů, je interakce s prostředím mnohem složitější.Ukázalo se také, že krátké RNA hrají velkou roli v interakci mezi druhy.
— Tedy mezi bakteriemi a viry? Rostliny a hmyz?
– Přesně tak. Nejprve vědci zjistili, že pomocí těchto krátkých RNA se bakterie chrání před viry, rostliny před hmyzem. A vyvstala otázka: mohly by tyto krátké cizí RNA, které jsou syntetizovány jiným druhem, ovlivnit aktivitu genů organismu, do kterého vstupují? To znamená, že se nemůže krátký fragment RNA, jako je kukuřice, houba nebo bakterie, která není zcela rozložena v lidském žaludku, dostat do krevního oběhu a následně interagovat s lidskou RNA?
– A ovlivnit tělo?
– Začaly se objevovat zprávy, že takové fragmenty mohou ovlivnit regulaci aktivity, tedy expresi hostitelských genů, zejména člověka. A takových studií již bylo provedeno mnoho.
— Tedy odpověď na otázku „může“ ? – Ano.
– Informace jsou velmi rozporuplné. Ale mnoho děl ukazuje, že ano, mohou. Že tvoří takové vezikuly, které se mohou dostat dovnitř přes lidskou buněčnou membránu a tam interagovat s RNA hostitele, čímž ovlivňují aktivitu genů. A ty zase ovlivňují nejrůznější fyziologické reakce, fenotyp.
Nyní Číňané hodně pracují na léčivých rostlinách. Dříve nebylo jasné, proč je pozorován léčivý účinek, z čeho se skládá. A nyní se v některých případech ukázalo, že krátká RNA těchto rostlin ovlivňuje expresi lidských genů, které jsou spojeny s konkrétní patologií, a má tak terapeutický účinek. Pokud ano, pak se koneckonců dají syntetizovat a brát jako lék.
Když Číňané přišli na tento mechanismus, nyní dokonce oficiálně registrují léky tradiční čínské medicíny, které byly dříve považovány za pochybné kvůli nedostatku vysvětlení mechanismu jejich účinku.
– Ukazuje se, že jde o druh revoluce v medicíně založené na důkazech?
Ano, otevírá se nový svět. Možná existují mechanismy začlenění podobné tomu, jak to funguje u bakterií. To znamená, že cizí RNA nebo DNA mohou být integrovány do hostitelského genomu a poté použity v boji proti stejnému cizímu patogenu.
Navíc, pokud jsou tyto prvky zabudovány do zárodečných buněk, mohou být předány další generaci, to znamená, že může dojít k „dědění získaných vlastností“ – jak to formuloval francouzský biolog Jean Baptiste Lamarck (1744-1829). autor jednoho z prvních evolučních učení, podle kterého mohou organismy během života měnit své vlastnosti a tyto změny se mohou dědičně přenést na potomstvo.
Tato teorie byla následně uznána jako nevědecká a evoluční teorie Charlese Darwina , kterou založil na přirozeném výběru, zvítězila.
Podle mého názoru jsou podmínky pro vytvoření nové syntetické evoluční teorie založené na syntéze lamarckismu a darwinismu.A to je změna paradigmatu myšlení – tedy skutečná revoluce v biologii!
— Existují již vědecké publikace, které přímo ukazují, že cizí RNA ze žaludku může být integrována do lidského genomu?
– Zatím žádné takové publikace nejsou. Ale pokud budeme mluvit teoreticky, pak lidské tělo má vše, aby tento proces realizovalo.
Existují i nepřímá potvrzení možnosti tohoto – přítomnost mobilních elementů, transposonů, retrovirů, které dokážou cizí DNA zachytit a přenést. Hypoteticky reverzní transkriptáza (enzym, který umožňuje syntézu DNA z templátu RNA) virů, které se během infekce dostanou do lidského těla, může syntetizovat DNA z fragmentů RNA, které se dostaly do krevního řečiště, a ta pak může být integrována do lidského genomu.
To nemusí mít žádný účinek, pokud k inzerci došlo v nefunkčních oblastech genomu (nejpravděpodobnější událost), ale mohlo by to být jinak. Pak jsou možné příznivé i nepříznivé důsledky. To znamená, že jste to, co jíte v doslovném smyslu!
Pokud k takovému zabudování došlo v zárodečných buňkách, může být předáno další generaci.
– Nemohou být alergie důkazem toho, že se cizí RNA integrují do našeho genomu?
– Předpokládá se, že neexistuje žádná specifická alergická reakce na samotnou RNA a DNA, ale pokud cizí RNA a DNA změní vlastnosti buňky nebo vedou k syntéze některých alergenních produktů, pak to teoreticky může samozřejmě způsobit alergické reakce .
– Takže možná mají odpůrci GMO pravdu, když říkají, že fragmenty modifikovaného organismu mohou být integrovány do lidského genomu?
– Možná. Zde je však třeba chápat, želze integrovat i fragment nezměněného organismu. To znamená, že samo o sobě není žádný rozdíl: zda ke genetické modifikaci došlo v důsledku použití GMO nebo konvenčních produktů.
Řekněme, že jsme snědli rajče s rybími geny. Ale jíme jak rajčata, tak ryby zvlášť. Je možná alergická reakce na proteiny nebo jiné produkty, které jsou syntetizovány v GMO kvůli vložené nebo změněné DNA. Například člověk není alergický na rajčata, ale je alergický na ořechy. Sní rajče s geny z ořechu přidanými pro zlepšení chuti a najednou dostane silnou alergickou reakci až smrtelný anafylaktický šok. To je opravdu nebezpečné, ale problém je vyřešen jednoduchým značením.
– Pokud tento mechanismus vkládání skutečně existuje, jak bude náš svět vypadat, když ho vnímáme novým způsobem?
– To dává nový pohled na evoluci, což dokazuje, že to šlo nejen vertikálně, ale také horizontálně. Mezi zcela vzdálenými druhy existují spojení. Je však zřejmé, že k takovému zabudování dochází velmi zřídka a ještě mnohem méně často se přenáší na potomstvo a zachovává se v dalších generacích. Proto je tak málo faktů, které to dokumentují.
„Ale existují příklady zachycení celých genomů.“ V buňkách vyšších organismů se kromě jaderného genomu nachází také mitochondriální genom. Mitochondrie byly bakterie, že?
Ano, byla to bakterie s vlastním genomem. Není divu, že říkáme, že člověk má dva genomy – nukleární a mitochondriální – přenášené pouze po mateřské linii.
Rostliny mají další samostatný genom, chloroplast, což je bývalá starověká sinice. Nejprve došlo k symbióze a poté v procesu evoluce obecně ztratil svou nezávislou roli samostatného organismu a stal se trvalým intracelulárním parazitem. Ale v dobrém slova smyslu užitečné.
– Obrovská část lidského genomu, u které není jasné, za co je zodpovědná, může sestávat z vložených různých cizích DNA?
– Rozhodně. Část je odstraněna, část je zachována náhodou, pokud neovlivňuje zdatnost organismu, část může sehrát i pozitivní roli a prosadit se a stát se trvalou součástí genomu.
– Proč stále neexistuje žádná vědecká práce, která by prokázala skutečnost takového zabudování?
„Stejně jako mnoho jiných evolučních událostí, jako jsou mutace, jsou vzácné. Proto je velmi obtížné to experimentálně ukázat.
Předpokládejme, že krmíte zvíře něčím, co se pak pokusíte najít v jeho buňkách. To ale vyžaduje sekvenování jednotlivých buněk. Tato technologie již existuje, ale je velmi složitá a drahá. Předpokládejme, že k této vzácné události vkládání došlo pouze v jedné z 1 milionu buněk. Pro detekci tohoto vnoření je nutné sekvenovat 1 milion buněk. Bude to stát asi miliardu dolarů, kdo si to může dovolit?
Proto je stále technicky nemožné přímo zaregistrovat samotnou událost spontánního vkládání. Ale lze to zjistit, pokud se to stalo v předchozích generacích, předalo se potomkům a je již přítomno ve všech buňkách.
Pokud jde o vliv krátkých cizích RNA na aktivitu genů uvnitř lidské buňky, lze to již považovat za prokázané. Jak často a za jakých podmínek, to ukáže další výzkum, ale to už je vědecký fakt, který vás nutí dívat se na svět jinak.
Foto: Mimzy / Pixabay
Foto: stevepb/Pixabay
Foto: Federální výzkumné centrum/ genetik Konstantin Krutovsky