Краеугольным камнем генетики является эксперимент с потерей функции. Короче говоря, это означает, что, чтобы выяснить, что именно ген X делает в интересующей ткани – будь то развивающиеся клетки мозга или опухоль поджелудочной железы – вы каким-то образом вырезаете, выключаете или иным образом уничтожаете ген X в этой ткани, а затем смотрите, что случается. Эта генетическая лакмусовая бумажка применялась 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, как мышь, делали это, вырезая участки ДНК, кодирующие целые гены или очень большие их фрагменты, из генома животного. Этот тип гена "Вырубить" это то, что исследователь Института аллергии и иммунологии Ла-Хойи (LJI) Кэтрин С. Хедрик, Ph.D., использовалась в 2011 году, когда ее лаборатория обнаружила, что у мышей без гена Nr4a1 отсутствует противовоспалительный подтип лейкоцитов, получивший название «патрулирующие моноциты».
Теперь последнее исследование группы Хедрика сообщает о молекулярных манипуляциях следующего поколения, направленных на более точную инактивацию Nr4a1. В этом исследовании, опубликованном в выпуске журнала Immunity от 15 ноября 2016 г., сообщается о потере той же популяции патрулирующих моноцитов после инактивации молекулярного переключателя, который включает Nr4a1. "Эта новая работа интересна, потому что она показывает, что мы можем напрямую нацеливать гены в пределах определенного типа клеток, что важно для таргетной терапии," говорит Хедрик, профессор кафедры биологии воспаления.
Предыдущая демонстрация лаборатории Хедрика, что патрулирующие моноциты исчезают после глобальной потери Nr4a1, доказала, что ген необходим для развития этого типа клеток. Позже ее группа сообщила, что раковые клетки, введенные мышам, лишенным Nr4a1 (следовательно, лишенным патрулирующих моноцитов), подверглись неконтролируемым метастазам, подтверждая идею о том, что патрулирующие моноциты играют противораковую роль. Но остался важный экспериментальный вопрос: могут ли метастазы рака, наблюдаемые у мышей с нокаутом Nr4a1, иметь какое-либо отношение к потенциальной потере Nr4a1 в тесно связанной группе клеток, называемых макрофагами, которые используют Nr4a1 для контроля воспаления?
Новая статья отвечает на этот вопрос, подавляя Nr4a1 только в патрулирующих моноцитах. Группа Хедрика достигла этого, применив старую добрую биохимию для выделения участков ДНК, фланкирующих ген, и определения включения моноцитов. Так ученые называют тканеспецифичные регуляторные элементы генов "усилители." Затем они показали, что при активации та область ДНК, которую они назвали "усилитель # 2" (E2), был способен включать экспрессию Nr4a1 только в патрулирующих моноцитах, а не в связанных клетках, таких как макрофаги.
Группа доказала специфичность энхансера с помощью инженерных мышей, в геномах которых отсутствовал только энхансер E2, но не сам ген, и действительно наблюдала отсутствие патрулирующих моноцитов. "До сих пор у нас не было возможности удалить ген только в моноцитах, не удаляя его также и в макрофагах," говорит Грэм Томас, доктор философии.D., постдок из лаборатории Хедрика и первый автор исследования. "Нацеливание на энхансер позволяет нам изучать определенные типы клеток очень специфическим образом," говорит Томас. "Кроме того, устранение энхансеров учит нас, что в первую очередь включает эти гены. Эти знания необходимы, если мы собираемся разработать рациональные цели, чтобы преследовать эти ячейки."
Чтобы подтвердить, что макрофаги вызывают совершенно другой молекулярный переключатель для включения Nr4a1, группа подвергала мышей, у которых отсутствует переключение моноцитов E2, на ядовитый токсин, обнаруженный в бактериальных мембранах, чтобы увидеть, могут ли макрофаги по-прежнему вызывать нормальные воспалительные реакции. Действительно, ответ макрофагов был полностью нормальным у мутантов E2, в отличие от глобального Nr4a1 "Вырубить", показывает, что макрофаги не используют генетический переключатель E2.
Наконец, чтобы убедиться, что потеря энхансера E2 имитирует делецию всего гена в моноцитах, группа пересмотрела модель опухоли, ранее использовавшуюся для тестирования противоракового действия Nr4a1. Для этого они вводили клетки меланомы в кровоток нормальных мышей или мышей с мутантами E2 и наблюдали за метастазами в легких. Примечательно, что результаты после потери переключателя отражали то, что группа наблюдала ранее, когда они физически удалили сам ген: легкие мутантных мышей содержали намного больше клеток меланомы, чем легкие нормальных мышей. Это подтвердило, что регуляторный переключатель гена высокоспецифичен для одного типа клеток, моноцитов, и что инвазия опухолевых клеток в отсутствие этой популяции не имела ничего общего с нарушением регуляции активности макрофагов.
Хедрик также считает, что новые результаты дают новое понимание того, насколько важными могут быть области энхансеров ДНК. "Возможность выборочно воздействовать на определенные типы клеток открывает новый мир для понимания того, как разрабатывать методы лечения заболеваний," она говорит.