Агата Смогоржевская, руководитель лаборатории поддержки генома, хочет понять, как клетки восстанавливают межнитевые перекрестные связи, особый тип повреждения ДНК, при котором две цепи двойной спирали, которые обычно обвивают друг друга, становятся физически связанными. Этот тип повреждения ДНК особенно проблематичен для клетки, потому что, когда две цепи слипаются, ДНК не может реплицироваться, а гены не могут быть должным образом экспрессированы.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Genes and Development, Smogorzewska и ее коллеги сконструировали мышей, у которых отсутствует один из генов, участвующих в процессе восстановления. Эти мыши оказались особенно восприимчивыми к лекарствам, которые индуцируют перекрестные связи ДНК, потому что их клетки не имеют функциональной системы репарации ДНК.
Используя этих мышей, исследователи смогут дополнительно уточнить подробные механизмы, участвующие в восстановлении повреждений ДНК.
Нокаутные мыши как модель болезни
Устранение генов у мышей — стандартный метод определения их функции; Полученные животные называются нокаут-мышами. Ген, который исследователи выделили в ходе исследования, называется FAN1, и особенно интересным в нем является то, каким образом он изначально участвовал в репарации ДНК.
Мутации во многих генах, которые регулируют репарацию межцепочечных перекрестных связей ДНК, вызывают анемию Фанкони, редкое заболевание, которое может привести к бесплодию, отказу костного мозга и предрасположенности к раку. Чтобы лучше понять, что вызывает анемию Фанкони, Смогоржевская искала гены, участвующие в репарации межцепочечных перекрестных связей ДНК.
Неожиданно она нашла тот, который вызывает совсем другое заболевание.
У людей дефицит FAN1 вызывает кариомегалический интерстициальный нефрит — заболевание, которое приводит к почечной недостаточности примерно в 30 лет.
До сих пор связь между геном, который производит расщепляющий ДНК фермент, называемым нуклеазой, и заболеванием почек остается неясной. Мыши с нокаутом FAN1, созданные в лаборатории Смогоржевской, позволяют им исследовать роль FAN1 в репарации ДНК и выяснить, как мутации в гене могут приводить к заболеванию почек.
Наблюдая за клетками почек мышей с нокаутом FAN1, исследователи заметили, что их ядра были аномально большими. Это явление, называемое кариомегалией, также наблюдалось у пациентов с кариомегалическим интерстициальным нефритом, и считается, что это происходит из-за того, что ДНК дублируется слишком много раз.
Ученые также увидели эти увеличенные ядра в печени, и у мышей развилась дисфункция печени. Они считают, что белок FAN1 помогает защитить функцию печени с возрастом.
«И почки, и печень должны иметь дело с большим количеством токсинов», — отмечает Смогоржевска, размышляя о том, почему дефицит FAN1 влияет, в частности, на эти ткани. "FAN1 помогает им выполнять свою работу по детоксикации.
Без него они не справятся с токсинами."
Независимые пути восстановления ДНК
Несмотря на то, что FAN1 взаимодействует с белками репарации ДНК, участвующими в анемии Фанкони, это исследование демонстрирует, что на самом деле это не обязательно для восстановления повреждений ДНК.
Это может объяснить, почему кариомегалический интерстициальный нефрит и анемия Фанкони вызывают у пациентов совершенно разные симптомы. Хотя FAN1 явно необходим для восстановления межнитевых поперечных связей, исследователи говорят, что возможно, что дисфункция почек и печени не имеет прямого отношения к проблеме с этим типом восстановления.
«FAN1 взаимодействует со многими различными компонентами ядра клетки и может быть вовлечен в большее количество генетических процессов, чем мы думали ранее», — говорит Смогоржевска. "Вот почему так важно — и почему это было так сложно — по-настоящему разъяснить его функцию."
Будущие направления
Она отмечает, что еще многое предстоит узнать о FAN1. «Мы не знаем, что он на самом деле делает в клетке — что его активирует, с чем взаимодействует, и какой тип повреждений ДНК он восстанавливает», — говорит она. "Мы не знаем, что происходит, чего не видят другие нуклеазы."Механизм редупликации генома в почках и печени также непонятен и требует интенсивных исследований.
Теперь, когда у них есть мышь с нокаутом FAN1 и они подтвердили, что она имитирует многие аспекты кариомегалического интерстициального нефрита у людей, лаборатория Смогоржевской может начать вникать в то, как потеря гена вызывает дегенерацию почек. Для начала исследователи хотели бы оценить природу токсинов, ответственных за образование перекрестных связей ДНК, с которыми пациенты с кариомегалическим интерстициальным нефритом не могут справиться.
Токсины окружающей среды, в том числе некоторые лекарственные травы, вызывающие заболевание почек, по-видимому, не задействованы.
Таким образом, эндогенные токсины — нормальные побочные продукты метаболизма — считаются наиболее вероятными виновниками. Smogorzewska планирует проверить, восстанавливает ли FAN1 ДНК, поврежденную формальдегидом и ацетальдегидом, эндогенным токсином, который, как известно, индуцирует перекрестные связи ДНК.