Chromatyna a psychika - Serwis prasowy / Press Release

ul. Pasteura 3, 02-093 Warszawa
http://www.nencki.gov.pl
e-mail: [email protected]
tel.: +48 22 5892000 (centrala)
+48 22 5892491 (sekretariat)
fax: +48 22 8225342
Warszawa, 1 października 2014
Przestrzeń rządzi nie tylko genami – rządzi nawet psychiką
Zmiany w przestrzennym ułożeniu włókien materiału genetycznego w neuronach
mogą prowadzić do zaburzeń neuropsychicznych, odkrył polsko-hiszpański zespół
naukowców. Badania, przeprowadzone na laboratoryjnych myszach, z jednej strony
wyznaczają nowe kierunki walki z chorobami neuropsychicznymi u ludzi, z drugiej
sugerują, że wyniki wielu dotychczasowych eksperymentów nad zachowaniem
myszy mogły być błędnie interpretowane.
Część zaburzeń psychicznych ma podłoże genetyczne. Naukowcy z Instytutu Biologii
Doświadczalnej PAN im. M. Nenckiego w Warszawie i hiszpańskiego Instituto de Neurociencias de
Alicante (INA) wykazali jednak, że powiązanie między psychiką a genami może być bardziej
subtelne, niż do tej pory sądzono. U genetycznie zmodyfikowanych laboratoryjnych myszy
zaobserwowano bowiem zmiany w przestrzennym rozmieszczeniu włókien materiału
genetycznego w neuronach – oraz towarzyszące im zaburzenia w zachowaniu. Wyniki badań
zespołu, kierowanego przez prof. Angela Barco (INA), opublikowano na łamach słynnego
czasopisma „Nature Communications”.
„DNA w komórkach nie jest nagie – jest owinięte wokół białek nazywanych histonami, tworząc
włókna chromatyny”, zaczyna wyjaśniać dr Adriana Magalska z Instytutu Nenckiego i zaraz dodaje:
„Większość osób na pewno kojarzy, że chromosomy w ludzkich komórkach przypominają
wyglądem literę X. To właśnie odpowiednio zwinięta chromatyna odpowiada za tak
charakterystyczne upakowanie materiału genetycznego”.
Aby móc obserwować chromatynę, naukowcy oznaczyli ją za pomocą białka zielonej fluorescencji.
Green Fluorescent Protein (GFP) to nietoksyczne białko, które po oświetleniu laserem świeci na
zielono. W biologii molekularnej używa się go m.in. do znakowania określonych typów komórek i
badania aktywności genów. Ma tak wielorakie zastosowania, że za jego odkrycie przyznano
nagrodę Nobla.
Gen wytwarzający białko GFP działa u myszy badanych przez polsko-hiszpański zespół tylko w
neuronach i pozostaje nieaktywny, gdy myszom podaje się jeden z antybiotyków – doksycyklinę.
Jeśli więc mysz od urodzenia otrzymuje antybiotyk, gen nie działa i zwierzę rozwija się normalnie.
W dogodnym dla badaczy momencie doksycyklinę można odstawić i uaktywnić produkcję GFP w
neuronach, co pozwala zaobserwować, jakie zmiany zaszły w tych komórkach wskutek
prowadzonych eksperymentów. Co jednak najważniejsze, dzięki zastosowaniu inżynierii
genetycznej, u zmodyfikowanych genetycznie myszy GFP jest sprzężone z jednym z histonów
chromatyny. Oznacza to, że w praktyce cała chromatyna transgenicznych myszy jest
wyznakowana białkiem GFP.
„Dzięki GFP możemy obserwować pod mikroskopem pewne obiekty w jądrach komórkowych
mysich neuronów, nazywane chromocentrami. Zawierają one geny, które są nieaktywne”, mówi dr
hab. Grzegorz Wilczyński, profesor Instytutu Nenckiego.
Własne, opatentowane oprogramowanie do analizy obrazu, autorstwa dr. Błażeja Ruszczyckiego z
Instytutu Nenckiego, umożliwiło badaczom przekształcanie sekwencji zdjęć mikroskopowych w
trójwymiarową wizualizację. Dzięki niej polscy naukowcy stwierdzili występowanie wyraźnych
różnic w budowie przestrzennej chromatyny u myszy transgenicznych z aktywowanym genem
produkującym białko GFP sprzężone z histonem. Trójwymiarowa struktura chromatyny w jądrach
neuronów transgenicznych myszy okazała się być inna niż u myszy dzikich: chromocentra nie były
już ciasno skupione, lecz większe i bardziej „rozmyte”. Okazało się również, że zmieniona
konfiguracja przestrzenna wpływa na produkcję białek wytwarzanych przez niektóre geny, co w
konsekwencji prowadzi do innych niż zwykle zachowań myszy.
„U myszy transgenicznych zaobserwowaliśmy wyraźnie niższy poziom receptorów serotoniny i
dopaminy. Oba białka mają związek m.in. z procesami emocjonalnymi, w tym zaburzeniami
depresyjnymi”, opisuje dr Magalska.
Informacja o niedoborach obu białek pozwoliła hiszpańskiej części zespołu przeprowadzić
dokładniejsze niż zazwyczaj testy zachowań zwierząt. Wyniki były jednoznaczne. W porównaniu z
dzikimi, zmodyfikowane myszy były hiperaktywne, wykazywały objawy autyzmu, miały też
problemy z zapamiętywaniem oraz nawiązywaniem interakcji z innymi osobnikami.
Rezultaty prac hiszpańsko-polskiego zespołu oznaczają, że aktywacja genu wytwarzającego białko
GFP połączone z histonem chromatyny prowadzi w neuronach myszy do zmian o charakterze
epigenetycznym, czyli takich, w których o aktywacji i deaktywacji genów decyduje nie tyle
sekwencja DNA, ile jego bezpośrednie otoczenie. Zmiany te wpływają na działanie neuronów, co
skutkuje pojawianiem się zaburzeń zachowania u myszy.
„Jeśli zmiany w przestrzennym ułożeniu włókien DNA skutkują zaburzeniami neuropsychicznymi u
myszy, wydaje się prawdopodobne, że mogą do nich prowadzić także u ludzi. Może to mieć
znaczenie np. w przypadku autyzmu. Odkrycie wskazuje więc przyszłe obszary badań, o
potencjalnie ważnym znaczeniu dla rozwoju nowoczesnej medycyny”, mówi prof. Wilczyński.
Ale polsko-hiszpańska publikacja jest istotna także z innego względu. Od lat w laboratoriach
całego świata genetycznie modyfikowane myszy są używane w doświadczeniach nad
zachowaniem. Do tej pory wszyscy naukowcy byli przekonani, że wprowadzenie białka GFP nie
wpływa na reakcje zwierząt. Teraz wiadomo już, że tak nie jest. Część dotychczas opublikowanych
prac naukowych może więc bazować na niewłaściwie interpretowanych danych.
Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk, utworzony w 1918 roku, jest największym nieuniwersyteckim
ośrodkiem badań biologicznych w Polsce. Do priorytetowych dziedzin podejmowanych w Instytucie należą: neurobiologia,
neurofizjologia, biologia i biochemia komórkowa oraz biologia molekularna – w skalach złożoności od organizmów tkankowych przez
organelle komórkowe do białek i genów. W Instytucie działa 40 laboratoriów, m.in. nowoczesnej Mikroskopii Konfokalnej, Cytometrii
Przepływowej i Skaningowej, Mikroskopii Elektronowej, Testów Behawioralnych i Elektrofizjologii. Instytut dysponuje nowoczesną
aparaturą badawczą i zmodernizowaną zwierzętarnią, pozwalającą na hodowlę zwierząt laboratoryjnych, także transgenicznych, według
najwyższych standardów. Poziom prac eksperymentalnych, publikacje i silne związki z nauką światową plasują Instytut wśród
wiodących placówek biologicznych Europy.
KONTAKTY:
dr hab. Grzegorz Wilczyński, prof. nadzw.
Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie
tel. +48 22 5892355
email: [email protected]
dr Adriana Magalska
Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie
tel. +48 22 5892316
email: [email protected]
PRACE NAUKOWE:
„Loss of neuronal 3D chromatin organization causes transcriptional and behavioural deficits related to serotonergic dysfunction”; S. Ito,
A. Magalska, M. Alcaraz-Iborra, J. P. Lopez-Atalaya, V. Rovira, B. Contreras-Moreira, M. Lipinski, R. Olivares, J. Martinez-Hernandez, B.
Ruszczycki, R. Lujan, E. Geijo-Barrientos, G. M. Wilczynski, A. Barco; Nature Communications, 5:4450 (2014); DOI:
10.1038/ncomms5450
POWIĄZANE STRONY WWW:
http://in.umh.es/
Strona Instituto de Neurociencias de Alicante.
http://www.nencki.gov.pl/
Strona Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie.
http://press.nencki.gov.pl/
Serwis prasowy Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie.
MATERIAŁY GRAFICZNE:
Nencki141001b_fot01s.jpg
HR: http://press.nencki.gov.pl/wp-content/uploads/2014/10/Nencki141001b_fot01.jpg
Zmiany w przestrzennym ułożeniu włókien materiału genetycznego w neuronach mogą prowadzić do zaburzeń neuropsychicznych,
odkryli naukowcy z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk w Warszawie i Instituto de
Neurociencias de Alicante w Hiszpanii. (Źródło: Instytut Nenckiego, Grzegorz Krzyżewski)