Vor fast 10 Jahren, eine Gruppe von israelischen klinischen Forschern per E-Mail Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) Genetiker Len Pennacchio zu Fragen, für sein team die Hilfe bei der Lösung der Rätsel eine seltene vererbte Krankheit, die verursacht extreme und manchmal tödlich, chronischer Durchfall bei Kindern.
Jetzt, nach einem anstrengenden Ermittlungs-Odyssee, erweitert unser Verständnis von regulatorischen Sequenzen im menschlichen Genom, die multinationale wissenschaftliche Gruppe hat angekündigt, die Entdeckung der genetischen Erklärung für diese Krankheit. Ihre Ergebnisse sind veröffentlicht in der Natur.
„Durch die Identifizierung der zugrunde liegenden gene, wir haben die Tür geöffnet für die Erkundung therapeutische Ziele“, sagte Pennacchio, wer hat ein dual-Termin in der Berkeley-Labor Umwelt-Genomik und Systembiologie Division und die US-Department of Energy (DOE) Joint Genome Institute. Obwohl es nur wenige Familien in der Welt bekannt zu tragen die verursachenden Mutationen, Pennacchio und seine co-Autoren spekulieren, dass die Bedingung, genannt hartnäckigen Durchfall des Säuglings-Syndrom (IDIS), können gemeinsam Krankheiten verursachenden Mechanismen mit anderen Magen-Darm-Krankheiten, die Millionen von Menschen betreffen — wie Reizdarm oder Morbus Crohn. Es gibt derzeit keine Behandlungen für IDIS andere als Ernährungs-und kalorischen Unterstützung, um für die Nahrung beeinträchtigt die absorption verursacht durch häufigen Durchfall. In der Regel werden Menschen mit IDIS, die überleben Kinderschuhen treten weniger Symptome auf, wie Sie älter werden, aber Ihr Zustand ist nie normal.
„Das andere wichtige Ergebnis ist, dass die Familien jetzt haben eine Erklärung für diese Krankheit, die wurde, die Kriminalität, die die Kinder in der region seit geraumer Zeit“, ergänzt Pennacchio.
Tauchen Sie ein in eine langjährige medizinische Rätsel
Obwohl es wurde erstmals 1968 beschrieben, es wurde sehr wenig darüber bekannt, IDIS, bevor das clinical team lead researcher, Yair Anikster, begann das Studium im Jahr 2000. Es hat nur wurde identifiziert, die in sieben Familien der Irakisch-jüdischer Abstammung, die Krankheit war einfach zu unklar garner viel Aufmerksamkeit von der medizinischen Wissenschaft. Zu der Zeit, die nur gegründet wurde information, dass IDIS ist ein single-gen vermittelte-rezessiv vererbt, d.h. ein Kind zeigt Symptome, wenn Sie erhalten eine mutierte Kopie des verursachenden gene von beiden Eltern.
In der Hoffnung zu gewinnen neue Einblicke in die Krankheit durch moderne analytische Techniken, Anikster und eine vielfältige Gruppe von Kollegen begann durch die Durchführung der Sequenzierung aller bekannten gen-Sequenzen auf Proben, die Sie gesammelt hatte, aus Ihren IDIS Patienten.
Leider waren die Ergebnisse weit von clear-cut. Alle acht Personen haben in der Tat tragen Mutationen, die nicht in gesunden Personen aus der gleichen region, aber diese Unterschiede wurden gefunden, um in scheinbar nicht-kodierenden Sequenzen — Ausdehnungen von DNA, die nicht übersetzt werden in ein protein. Genauer gesagt, die Patienten (die vertreten jeden der sieben betroffenen Familien) absorbiert, die Deletionen in beiden Kopien eines zuvor unstudied nicht-kodierenden region auf dem Chromosom 16.
Nicht-kodierende Sequenzen machen etwa 99% des menschlichen Genoms und, trotz Ihrer Prävalenz, sind auch die Quelle der meisten ungelösten Fragen über die Genetik. Einmal gedacht werden zu bloßen „junk“ DNA, Wissenschaftler wissen jetzt, dass einige nicht-kodierenden Regionen haben wichtige regulatorische Funktionen, noch tiefer zu Graben in die Rollen der in diesen Regionen hat immer schon eine wesentlich größere Herausforderung als das Studium der DNA, die kodiert für ein protein.
Realisieren Sie brauchten kompetente Einblicke zu etablieren, die einen ursächlichen Zusammenhang zwischen diesen Löschungen und IDIS, erreichte die Gruppe aus, um Pennacchio lab. Ein Idealer fit für die Herausforderung bei der hand, Pennacchio hat das team untersucht, genomischen regulatorischen Regionen, die seit Abschluss der Sequenzierung des Chromosom 16 für das Wahrzeichen der Human-Genom-Projekt.
Suche nach einem versteckten gen
Zuerst die Genetiker nutzten Ihre weltweit führende Maus-Modell Plattform, um zu bestätigen, dass das Chromosom 16 region ist in der Tat eine regulatorische Sequenz involviert in die Entwicklung des Magen-Darm-system. Wenn Sie entwickelt eine Linie von Mäusen, die mit chromosomalen Deletionen entspricht Anikster die menschlichen Patienten, die Baby Tiere angezeigt Durchfall. Diese Ergebnisse lieferten den Beweis, dass die nicht-kodierenden Sequenz — die Sie als die Darm-kritischen region (ICR) — ist die Ursache der Krankheit. Jedoch wussten Sie immer noch nicht, was der regulatorischen Sequenz war eigentlich Regulierung.
Nach Jahren von sorgfältigen Experimenten konnten die Autoren feststellen, dass die ICR-Steuerelemente Ausdruck eines bislang unbekannten in der Nähe gen, das heute als Percc1.
„Es dauerte Jahre, das sammeln von Daten von unseren Mäusen vor, entdeckten wir, dass es ein gen sehr nah an der Löschung, dass wir nur zufällig nicht in der Lage sein, zu beobachten, bevor“, sagte Pennacchio. Er und sein team fanden, dass Percc1 ist in allen Säugetieren und den meisten Wirbeltieren, also die Festlegung, dass es in tierischen genomen für äonen. Aber da das protein das gen kodiert, ist fast komplett anders als alle bekannten Proteine-sowohl in Sequenz und Struktur — es war leicht zu übersehen in der gen-mapping-Studien, bis die Mannschaft startete genau die Prüfung der chromosomalen region.
Bei einem Blick zurück in Ihre menschliche Sequenz-Daten nach dieser Entdeckung, die die Autoren sahen, dass beide Arten von ICR-Streichungen durchgeführt, die in IDIS Familien verhindern Percc1 protein gemacht werden. So, offiziell die Punkte verbinden und zu beweisen, dass ein Mangel an Percc1 gen-expression ist die alleinige Ursache von IDIS, Sie züchteten eine neue Linie von Mäusen, die keine genetischen Auffälligkeiten andere als eine gelöschte Percc1 gen. Unmittelbar nach der Geburt, die mutierten Mäuse erfahrenen schweren, chronischen Durchfall, der sich perfekt gespiegelt, die den Krankheitsverlauf von Menschen mit IDIS. „Das bringt den Nagel in den Sarg, ja, das muss sein, was bewirkt, dass die Bedingung, da die Mäuse haben die gleichen genauen Symptome“, erklärt Pennacchio.
Zum Auftakt der nächsten Welle der Forschung
Nach der Einrichtung was schief geht, wenn die rätselhafte Percc1 protein fehlt, die produktivsten Wissenschaftler führten eine Letzte Runde von Experimenten eine grobe Skizze von dem, was es nicht unter normalen Umständen. Verwenden Ihre Maus-Modell und menschlichen Stammzellen, die Wissenschaftler zeigten, dass die Percc1 protein ausgedrückt (und notwendig, um das ordnungsgemäße funktionieren) eine sehr kleine Gruppe von Hormon-produzierenden Magen-Darm-Zellen. Durch Chemische Signale, die diese Zellen erscheinen, zu vermitteln, dass viele Prozesse, einschließlich der intestinalen Motilität, Glukose-Aufnahme und die Auslösung das Gefühl der Sättigung.
Moving forward, Anikster klinischen teams bei der Edmond und Lily Safra Children ‚ s Hospital, Sheba Medical Center und der Sackler School of Medicine an der Universität Tel Aviv verwenden möchten, um Ihre neu gewonnenen Kenntnisse des Gens genauer zu untersuchen, wie die Krankheit fortschreitet im Laufe der Zeit. „Die wissenschaftliche Reise war besonders lang, herausfordernd und voller überraschungen“, sagte er. „Wir hoffen, dass unsere Entdeckung ebnet den Weg zur gezielten Behandlung dieser potenziell tödlichen Krankheit.“
Inzwischen Pennacchio lab wird weiterhin tun, was Sie am besten können.
„Seit 20 Jahren haben wir mit der Maus als ein leistungsfähiges system, das weiter zu verstehen, nicht nur das menschliche Genom, sondern auch, wie alle Genome-Funktion,“ sagte Pennacchio. „Hier am Berkeley Lab, die wir fokussiert sind auf die Bereitstellung der tools und know-how erforderlich ist, um die große, komplexe Arbeit, dass kleinere Institutionen können nicht auf eigene Faust tun.“