Краеугольным камнем генетики является эксперимент по потере функции. Короче говоря, это означает, что для выяснения того, что именно делает ген X в интересующей ткани - будь то развивающиеся клетки мозга или опухоль поджелудочной железы, - вы каким-то образом вырезаете, отключаете или иным образом уничтожаете ген X в этой ткани, а затем смотрите, что происходит. бывает. Этот генетический лакмусовый тест применялся еще до того, как люди узнали, что химическая ДНК составляет гены. Что радикально изменилось, так это инструменты, используемые биологами для инактивации гена.
До сих пор ученые, желающие удалить ген в модельном организме, таком как мышь, делали это, вырезая участки ДНК, кодирующие целые гены или очень большие их фрагменты из генома животного. Этот тип «нокаута» гена - это то, что исследователь Института аллергии и иммунологии Ла-Хойи (LJI) Кэтрин С. Хедрик, доктор философии, использовала в 2011 году, когда ее лаборатория обнаружила, что у мышей без гена Nr4a1 отсутствует противовоспалительный подтип. белых кровяных телец, получивших прозвище «патрулирующие моноциты».
Теперь последнее исследование группы Hedrick сообщает о молекулярных манипуляциях нового поколения, направленных на более точную инактивацию Nr4a1. В этом исследовании, опубликованном в выпуске Immunity от 15 ноября 2016 года, сообщается о потере той же самой популяции патрулирующих моноцитов после инактивации молекулярного переключателя, который включает Nr4a1. «Эта новая работа интересна, потому что она показывает, что мы можем напрямую воздействовать на гены внутри определенного типа клеток, что важно для таргетной терапии», - говорит Хедрик, профессор кафедры биологии воспаления.
Предыдущая демонстрация лабораторией Hedrick того, что патрулирующие моноциты исчезают после глобальной потери Nr4a1, доказала, что этот ген необходим для развития этого типа клеток. Позже ее группа сообщила, что раковые клетки, введенные мышам с недостатком Nr4a1 (следовательно, с отсутствием патрулирующих моноцитов), подвергались неконтролируемому метастазированию, подтверждая идею о том, что патрулирующие моноциты играют противораковую роль. Но оставался важный экспериментальный вопрос: могут ли метастазы рака, наблюдаемые у мышей с нокаутом Nr4a1, быть как-то связаны с потенциальной потерей Nr4a1 в близкородственной группе клеток, называемых макрофагами, которые используют Nr4a1 для контроля воспаления?
Новая статья отвечает на этот вопрос, подавляя Nr4a1 только в патрулирующих моноцитах. Группа Хедрика добилась этого, применив старую добрую биохимию для выделения участков ДНК, окружающих ген и определяющих включение моноцитов. Такие регуляторные элементы тканеспецифических генов ученые называют «энхансерами». Затем они показали, что при активации этот участок ДНК, который они назвали «энхансером №2» (E2), был способен включать экспрессию Nr4a1 только в патрулирующих моноцитах, а не в родственных клетках, таких как макрофаги.
Группа доказала специфичность энхансера, сконструировав мышей, в геномах которых отсутствовал только энхансер E2, а не сам ген, и действительно наблюдалось отсутствие патрулирующих моноцитов. «До сих пор у нас не было способа удалить ген только в моноцитах, не удаляя его также и в макрофагах», - говорит Грэм Томас, доктор философии, постдоктор в лаборатории Хедрика и первый автор исследования. «Нацеливание на энхансер позволяет нам изучать определенные типы клеток очень специфичным образом», - говорит Томас. «Кроме того, устранение энхансеров учит нас тому, что в первую очередь включает эти гены. Это знание необходимо, если мы собираемся разработать рациональные мишени для этих клеток».
Чтобы подтвердить, что макрофаги запускают совершенно другой молекулярный переключатель, чтобы включить Nr4a1, группа подвергла мышей, у которых отсутствует моноцит E2, переключаться на ядовитый токсин, обнаруженный в бактериальных мембранах, чтобы увидеть, могут ли макрофаги все еще поддерживать нормальное воспаление. ответы. Действительно, реакция макрофагов у мутантов E2 была совершенно нормальной, в отличие от глобального «нокаута» Nr4a1, показывающего, что макрофаги не используют генетический переключатель E2.
Наконец, чтобы убедиться, что потеря энхансера E2 имитирует делецию всего гена в моноцитах, группа повторно посетила модель опухоли, ранее использовавшуюся для проверки противоракового эффекта Nr4a1. Для этого они вводили клетки меланомы в кровоток нормальным мышам или мышам с мутацией E2 и наблюдали за метастазами в легких. Примечательно, что результаты после потери переключателя отражали то, что группа ранее наблюдала, когда они физически удаляли сам ген: легкие мутантных мышей содержали гораздо больше клеток меланомы, чем легкие нормальных мышей. Это подтвердило, что регуляторный переключатель гена является высокоспецифичным для одного типа клеток, моноцитов, и что инвазия опухолевых клеток в отсутствие этой популяции не имеет ничего общего с нарушением регуляции активности макрофагов.
Хедрик также считает, что новые результаты дают новое понимание того, насколько важными могут быть энхансерные участки ДНК. «Возможность избирательно воздействовать на определенные типы клеток открывает новый мир для понимания того, как разрабатывать методы лечения болезней», - говорит она.