Naučnici sa Instituta za imunologiju La Jola (LjI) otkrili su kako mutirani gen pokreće opasan lanac događaja tokom proizvodnje krvnih zrnaca.
Studija, objavljena u časopisu PNAS, otkriva kako je mutirani gen nazvan ASKSL1 uključen u bolest zvanu klonska hematopoeza, prekursor malignih bolesti kao što su mijeloidni malignitet i hronična monomijelocitna leukemija.
„Znamo da su mnoge bolesti — i svi kanceri — vođeni mutacijama u genomu“, kaže instruktor LjI Džen Dong, dr., koji je bio prvi autor nove studije. „Pokazali smo kako mutirani ASKSL1 može dovesti do disfunkcionalnih ćelija u vašoj koštanoj srži i krvi.“
Dong je zajedno vodio studiju sa profesorkom LjI Anjanom Rao, dr. Rao je poznati stručnjak za genetske pokretače koji stoje iza disfunkcije imunih ćelija i razvoja raka.
Za novu studiju, naučnici su istraživali potencijalnu vezu između mutiranog ASKSL1 i bolesti povezane sa uzrastom zvane klonska hematopoeza. Pacijenti sa klonskom hematopoezom imaju problema sa stvaranjem zdravih crvenih i belih krvnih zrnaca. Umesto toga, ovi pacijenti počinju da proizvode krvna zrnca sa pomešanim genomima, koja se na kraju razvijaju u rak.
Sve krvne ćelije su izvedene iz posebnih ćelija koje se nazivaju hematopoetske matične ćelije (HSC), čije diferencirano potomstvo normalno ponovo naseljava krv. Klonalna hematopoeza se razvija kada jedan HSC dobije mutacije koje podstiču rast i počne da proizvodi mnogo, mnogo svojih klonova. Na kraju, ove mutirane krvne ćelije postaju previše zastupljene u krvi – što može dovesti do velikih zdravstvenih problema, kao što su rak i upale, posebno upalne bolesti srca.
„Vaš genom postaje veoma nestabilan“, kaže Dong. „Ovi ‘loši elementi’ izazivaju nove mutacije i štete vašim normalnim, zdravim ćelijama.“
Za neke pacijente sa klonskom hematopoezom, ponavljajuće sekvence DNK navode ćelije da misle da su zaražene virusom. Ova konfuzija pokreće imunološku odbranu u samim krvnim ćelijama, što dovodi do štetne upale koja oštećuje i zdrava tkiva. Ovo je posebno veliki problem za srce, koje onda mora da se nosi sa poplavom inflamatornih molekula dok pumpa krv kroz telo.
„HSC-ovi koji sadrže mutacije dovode do proinflamatornih imunih ćelija – pogoršavaju upalu srca i kardiovaskularne bolesti – i mogu izazvati ili ubrzati srčanu insuficijenciju“, kaže Dong.
Kod drugih pacijenata, kodirani genom izaziva dodatne probleme u proširenim ćelijama koje su već predisponirane da rastu brže od normalnog. Ovi pacijenti završavaju sa brzo rastućim brojem abnormalnih HSC i mijeloidnih ćelija — što može dovesti do mijeloidnih maligniteta, limfoidnih maligniteta, hronične monomijelocitne leukemije i drugih oblika leukemije.
„Nenormalne repetitivne i prenosive sekvence elemenata mogu de-represirati određene tihe gene koji bi mogli promovisati rast ćelija omogućavajući ćelijama da se efikasnije prilagode promenljivom okruženju“, kaže Dong. „A to je dobro za ćelije koje se jako razmnožavaju, koje postaju ‘zavisne’ od loših proteina koji oštećuju normalne ćelije.“
ASKSL1 mutacije su veoma česte kod pacijenata sa klonskom hematopoezom i nekim drugim oboljenjima krvi. U stvari, Rao je vodio prethodnu istragu Nature Communications o ulozi mutiranog ASKSL1 u mijeloidnim leukemijama. Ipak, naučnici ne znaju tačno kako ovaj mutirani gen utiče na razvoj, rast ili funkciju krvnih zrnaca.
LjI tim je koristio modele miša sa mutiranim ASKSL1 da bi rešio ovu misteriju. Pošto se klonska hematopoeza razvija kako osoba stari, Dong je radio sa miševima između 10 meseci i dve godine, što je ekvivalentno starosti od oko 70 godina kod ljudi.
Istraživači su koristili tehniku zvanu masovna spektrometrija da otkriju kako tačno mutirani ASKSL1 menja normalne hematopoetske matične ćelije – ćelije koje služe kao prekursori crvenih i belih krvnih zrnaca. Ovaj rad je obavljen u saradnji sa docentom dr Semom Majersom na Globalnom autoimunskom institutu LjI, koji je u to vreme bio istraživač na Institutu Broad.
Rao, Dong i njihove kolege otkrili su da je mutiranje gena ASKSL1 izazvalo pustoš u normalnom radu čvrsto zbijenog oblika DNK zvanog heterohromatin.
Heterohromatin je važan za razvoj krvnih zrnaca jer „utišava“ potencijalno štetne gene – i gene koji se normalno isključuju kako se ćelija diferencira. Zahvaljujući heterohromatinu, hematopoetske matične ćelije mogu da se razvijaju i pravilno sazrevaju u sve vrste krvnih zrnaca, kao što su crvena krvna zrnca ili bela krvna zrnca (koje imaju specijalizovane poslove kao što su T ćelije, B ćelije i još mnogo toga).
U novoj studiji, mutiranje ASKSL1 gena je dovelo do katastrofe za krvne ćelije. Bez pravilnog funkcionisanja heterohromatina, hematopoetske matične ćelije nikada nisu sazrele u normalne linije krvnih ćelija, uključujući limfocite, imune ćelije i normalne crvene ili bele krvne ćelije.
Istraživači su mogli da vide da su mutirani proteini ASKSL1 interagovali sa proteinskim kompleksom u ćelijama – nazvanim EHMT1-EHMT2 kompleks histon metiltransferaze – da bi pokrenuli opasan domino efekat. Izmenjeni proteinski kompleks je smanjio H3K9me2 i H3K9me3, dve represivne histonske oznake potrebne za utišavanje heterohromatina, čineći da se čvrsto zbijeni heterohromatin odmota. Ova promena je dovela do reaktivacije prethodno utišanih gena i transpozibilnih elemenata.
Ova promena je takođe bila veliki problem za ćelije. Heterohromatin normalno potiskuje veoma veliki broj repetitivnih i prenosivih elemenata, koji se takođe nazivaju „geni za skakanje“, koji su potisnuti u zdravim ćelijama. Prenosivi elementi mogu se nasumično izrezati i ponovo umetnuti u genom, što dovodi do nestabilnosti genoma.
Čak i ako ne mogu da skaču, prenosivi elementi mogu postati visoko eksprimirani i zauzvrat neodgovarajuće aktivirati ekspresiju obližnjih gena, posebno onih u heterohromatinu. Ovaj proces doprinosi konfuziji genoma i aberantnoj ekspresiji gena uzrokovanoj mutantnim ASKSL1 proteinima.
Istraživači su zatim uporedili mutirane modele miša sa normalnim miševima. Otkrili su da su miševi sa mutiranim ASKSL1 imali iste šifrovane genome i štetne DNK ponavljanja pronađene kod pacijenata sa hroničnom monomijelocitnom leukemijom sa mutiranim ASKSL1.
Dong kaže da tim LjI istražuje kako mutirani proteini ASKSL1 komuniciraju sa drugim važnim igračima u našim imunim ćelijama. Do sada, njihov rad sugeriše da ASKSL1 takođe stupa u interakciju sa proteinom zvanim TET2, koji je takođe često mutiran u klonskoj hematopoezi i kod mnogih karcinoma krvi. Funkcionalni TET2 proteini su kritični za normalnu demetilaciju DNK, tako da postoji hitna potreba da se razume kako ovi geni utiču jedni na druge.
„I TET2 i ASKSL1 geni mogu biti mutirani, pojedinačno ili zajedno, u klonskoj hematopoezi, leukemiji i premalignom obliku raka koji se zove mijelodisplastični sindrom“, kaže Dong. „Moramo se zapitati kako ova dva gena mogu sarađivati u ovim bolestima.“
Dong dodaje da bi dalja istraživanja takođe mogla da osvetle poreklo nekih neurorazvojnih poremećaja. Drugi geni iz porodice ASKSL mogu biti mutirani u nervnim matičnim ćelijama, što može dovesti do poteškoća u govoru, kašnjenja motora, intelektualnih kašnjenja, pa čak i smrti kod nekih pedijatrijskih pacijenata.
„Veoma sam inspirisan i motivisan da nastavim ovaj projekat“, kaže Dong, čiji sin ima zastoj u neurorazvoju. „Moramo da saznamo više o svim članovima porodice gena ASKSL.“
