Лабораторно списание онлайн От зародишната линия
Излиза през зародишната линия
В нашата публикация за анализ на изследванията на хормони и метаболизъм, Мартин Храбе де Анджелис беше сред 30-те най-цитирани умове. В Мюнхен той ръководи Института за експериментална генетика към Центъра Хелмхолц, професор е в Техническия университет и е член на борда на Германския център за изследване на диабета (DZD).
Laborjournal: В Мюнхен управлявате така наречената „Клиника за мишки“. Що за институция е това?
Мартин Храбе де Анджелис: Германската клиника за мишки беше първият по рода си център за системен анализ на модели на човешки заболявания. Той е част от Helmholtz Zentrum München в тясно сътрудничество с университетите. Създадохме европейска мрежа и в момента има много клиники за мишки по целия свят. Всички работим заедно в Международния консорциум за фенотипиране на мишки, с цел първоначално да получим нокаут линия на мишката за всеки кодиращ регион. Ние не се занимаваме с индивидуалния ген, а с цялостния поглед: Как се свързват кои „пътеки“ помежду си? Сега имаме над 7000 линии на мишката в този консорциум.
Смята се, че диабетът тип 2 се дължи на начина на живот и генетичните предразположения. Те подозират, че придобитите характеристики също играят роля, които се предават епигенетично на потомството. Как стигна до тази хипотеза?
Храбе де Анджелис: От епидемиолозите знаем, че има огромно въздействие върху околната среда. Упражнението и храненето играят основна роля. Но има и хора, които спортуват малко и ядат много - и които все още остават здрави. Също така е ясно, че има масивен генетичен компонент. Сега познаваме около 400 локуса и това го прави много сложно. Защото в много случаи не знаем нищо за тези локуси. Кой ген е засегнат? Кодиране на протеини ли е или некодиране? Независимо от това, може да се изчисли, че тези 400 локуса и известните фактори на околната среда сами по себе си не са достатъчни, за да обяснят бързото нарастване на диабета тип 2 сред популацията. Ето защо измислихме епигенетика. Нашето предположение беше, че предразположението може да бъде предадено и на следващото поколение, което е извън основната последователност.
Имаше статия за това от вашия институт преди три години (Nat Genet, 48 (5): 497-9). Те хранеха мишки по различен начин и след това изследваха потомството си.
Храбе де Анджелис: Съгласен съм. В растителната генетика има много работа върху епигенетичните ефекти през поколенията. Въпросът винаги е бил до каква степен това се среща и при бозайниците. Защото там всъщност се провеждат два кръга на деметилиране.
Тъкмо се канех да попитам: Винаги четете, че придобити метилирания се отстраняват отново по време на узряването на зародишните клетки и че по този начин има епигенетично „нулиране“.
Храбе де Анджелис: Правилно. И също така има деметилиране в ранния ембрион. Сега обаче са известни и отделни изключения при бозайниците. Деметилирането определено се извършва, но не знам за нито една работа, която ясно и последователно да показва, че наистина всички локуси са отново деметилирани. По-скоро вече знаем, че наистина има възможности отделните локуси да запазят своята епигенетична модификация в зародишната линия.
Трябва ли това да са епигенетични механизми? Например, биолози за развитие в дрозофила съобщават преди десетилетия за „майчините фактори“, които помагат да се определи фенотипът на потомството. Яйцеклетката съдържа мРНК на майката, която влияе върху експресията на гените в ембриона. Може да е подобно с хората и мишките.
Храбе де Анджелис: Разбира се, фактори като средата в матката, лактацията или микробиомът също играят роля в развитието на ембриона на бозайниците. Или агресивното поведение на бащите може да окаже влияние - има много от тези „объркващи фактори“. Идеята на моя колега Йоханес Бекерс тук в института беше да изключи точно тези разрушителни фактори, доколкото е възможно. Затова оставихме родителите животни да излязат от релсите метаболитно чрез висококалорична и богата на мазнини диета и искахме да видим дали промените, които са придобили, могат да бъдат пренесени върху следващото поколение. Създадохме ембрионите чрез ин витро оплождане и ги пренесохме до край от здрави мишки, т.е. в сурогатни майки, за да можем да изключим объркващи фактори, доколкото е възможно. След това проверихме: Как реагира поколението F1 на определени диети сега?
Това означава, че и двете родителски животни са били хранени с висококалорична диета и тяхното потомство е сравнено с потомството на нормално хранени контролни животни?
Храбе де Анджелис: Да. Но ние променихме това още повече и в някои тестови серии само хранехме бащата или само майката с високо съдържание на мазнини. Ако след това разгледате всички тези комбинации, резултатът е невероятен. Ясно виждаме, че потомството на силно хранени метаболитни дерайлирани родители също показват променен метаболитен фенотип. Ако поставим тези потомци на диета с високо съдържание на мазнини, те реагират значително по-различно от животните на слаби родители. Виждаме, че някои черти се наследяват повече чрез бащата, а други повече чрез майката. Излишното тегло при следващото поколение идва горе-долу в равни пропорции както през ооцитите, така и през сперматозоидите. За разлика от това, ефектите върху нивото на кръвната глюкоза се предават по-силно през майчината линия.
Това означава, че можете да изключите класически майчини ефекти чрез плазмата на ооцитите - в противен случай това влияние от бащините мишки не би съществувало.
Храбе де Анджелис: Точно защото дори влиянието е най-силно, когато и двете родителски животни са метаболитно дерайлирани: Виждаме, че спермата сама по себе си също е достатъчна, за да предизвика фенотип в следващото поколение. И както казах, виждаме тези разлики. Междувременно можем дори много добре да разграничим профилите на транскриптома и да определим кои влияния се медиират чрез майката и кои чрез бащината линия. Това са непубликувани по-рано данни от лабораторията на Йоханес Бекерс.
И тази епигенетична информация се съхранява чрез метилови групи?
Храбе де Анджелис: Не знаем дали това просто се предава чрез метилиране. Може да се намесят и други етапи, но някъде трябва да се намерят молекулярни подписи. Разработването е голяма работа и по това работим.
Колко добре такива резултати от мишката могат да се прехвърлят на хората?
Храбе де Анджелис: Изследванията на метаболизма показват относително ясно, че голяма част от изследваното при гризачи през последните двадесет години е много приложимо за хората. Helmholtz Zentrum München и DZD работят в тясно сътрудничество по много изследвания. Има все повече клинични проучвания за диабет и ние винаги провеждаме проучвания на мишки паралелно, просто защото можем да разгледаме по-задълбочено патофизиологията на органите и да използваме анализа на омика. Например имахме проучване с нашите колеги DDZ от Дюселдорф, в което беше зададен въпросът: Какво всъщност се случва, когато дадете еднократно хранене с висок дял наситени мастни киселини, което е приблизително еквивалентно на два Биг Мака или гигантска пица? Разгледахме това както при здрави хора, така и при мишки. Ясно може да се види, че фенотипите и патофизиологията са почти идентични и при двата организма (J Clin Invest, 127 (2): 695-708). Вълнуващи времена за изследване на диабета.