Sdílet
17. dubna 2020
Dva mezinárodní výzkumné týmy zahrnující Anzera Khana z institutu CEITEC Masarykovy univerzity a Patricii Dengovou z katedry genetiky Stanfordské univerzity nedávno prokázaly, že modelový organizmus Drosophila (octomilka obecná) postrádající jediný enzym ADAR pro úpravu RNA nečekaně modeluje dvě různá mozková onemocnění způsobená ztrátou dvou různých typů ADAR enzymů u lidí. Jejich publikace, která byla nedávno zveřejněna v prestižním vědeckém časopise Nature Communications, popisuje, jakou roli tato úprava RNA ADARem hraje v neurodegenerativních onemocněních a imunitě u octomilky obecné. Tento výzkum vedl doktor Liam Keegan z výzkumné skupiny Mary O´Connell z institutu CEITEC MU a profesor Jin-Billy Li ze Stanfordské univerzity.
ADARy jsou enzymy odpovědné za vazbu na dvouřetězcovou RNA (dsRNA) a přeměnu adenosinu (A) na inosin (I) deaminací. ADARy zprostředkovávají nejběžnější formu úpravy RNA. Publikace objasňuje funkce ADARu v modelovém organizmu Drosophila a zdůrazňuje, že fyziologické neuronální a imunitní funkce včetně zamezení abnormálních antivirových reakcí jsou závislé na RNA editační aktivitě. Tuto skutečnost potvrdily i nedávné objevy výzkumné skupiny Mary O´Connell a jiných na savčích modelech. Bez úpravy RNA ADARem buňka špatně interpretuje svou vlastní dsRNA a považuje ji mylně za důkaz přítomnosti viru infikujícího buňku a následně vyvolává zbytečnou a škodlivou antivirovou obrannou reakci. Tento objev je významným pokrokem v porozumění důležitosti úpravy RNA ADARem, protože odpovídá na některé doposud neobjasněné otázky z daného oboru a nyní plně propojuje vědecké poznatky získané při studiu octomilek s tím, co bylo dříve pozorováno u lidí a na myších modelech.
Ovocná muška octomilka, latinsky Drosophila, je běžně používána pro biologický výzkum, protože umožňuje vědcům používat nástroje genetiky ke studiu základních aspektů buněčné biologie, které se vztahují také na člověka. „U lidí se ADAR1 podílí zejména na vrozené imunitě a v současnosti přitahuje pozornost vědců zejména díky své roli při rozvoji a léčbě rakoviny. U lidí vede mutace v enzymu ADAR1 například k syndromu Aicardi Goutières (AGS), což je druh závažné dětské encefalitidy s abnormální antivirovou odpovědí, která se podobá reakci těla na kongenitální infekci virem, jako jsou zarděnky (rubeola) nebo virus Zika,“ vysvětluje doktor Liam Keegan, korespondenční autor této studie.
Zatímco lidé mají dva hlavní ADAR enzymy, Drosophila má pouze jeden, který se podobá lidskému enzymu ADAR2. Lidský ADAR2 reguluje synaptickou plasticitu úpravou transkriptů kódujících podjednotky glutamátového receptoru. Výzkumná skupina Mary O´Connell z CEITEC MU nedávno zveřejnila článek, který poukazuje na to, že mutace v lidském enzymu ADAR2 způsobují závažné epileptické záchvaty u dětí. Čerstvé poznatky z nedávno publikované studie na octomilkách proto mohou pomoci dále objasnit, jakou roli hraje lidský ADAR2 v synaptické plasticitě, cirkadiánních rytmech, při spánku a nebo při epilepsii. Překvapivé bylo pro vědce zejména zjištění, že mozkové defekty způsobené ztrátou proteinu ADAR u octomilek byly doprovázeny také abnormální antivirovou reakcí v mozku, což z těchto octomilek v podstatě činí model lidského syndromu Aicardi Goutières.
Dříve se vědci domnívali, že vzhledem k přítomnosti hematoencefalické bariéry, která slouží jako brána mezi mozkem a krví, je mozek chráněn před infekcemi, které zasáhnou zbytek těla. V posledních letech se však stále častěji potvrzuje, že může docházet k abnormálnímu zánětu v mozku, takzvané neuroinflamaci, která je původcem běžných neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba a také ovlivňuje šíření nemocí motorických neuronů podél míchy. Neuroinflamace pravděpodobně také přispívá k psychiatrickým onemocněním, jako je autismus a deprese. „Nyní máme k dispozici genetický model Drosophily, který umožní, aby pochopení základních mechanizmů neuroinflamace postupovalo rychleji," dodal Keegan.
Studium mozku mušky octomilky
Výzkumný tým využil pro tuto studii klasické metody molekulární genetiky. Vědci se pokusili identifikovat geny, které mohou modifikovat mutantní fenotypy u octomilek s narušeným ADARem, a později potvrdili svou hypotézu molekulárními a biochemickými metodami, jako je qRT-PCR, imunobloty, histologické barvení, RNA sekvenování a pomocí standardní bioinformatické analýzy. Pro analýzu neurodegenerace museli vědci nechat mušky zestárnout do věku 30 dnů a poté nařezat hlavy mušek na plátky pomocí mikrotomu. Nakonec je vědci nabarvili pomocí barviv hematoxylin a eosin, aby potvrdili neurodegeneraci v mozku, který je tak malý jako špendlíková hlavička. „S kolegy ze Stanfordské univerzity jsme vytvořili mutantní kmen octomilky s katalyticky neaktivním ADARem za pomoci metody CRISPR, abychom mohli ukázat, že většina účinků enzymu ADAR závisí na RNA editační aktivitě. Neuroinflamaci a neurodegeneraci lze však zabránit zvýšením produkce ADARu – a to dokonce i neaktivního. Nyní musíme dále oddělit a zvlášť prozkoumat příčiny defektů u octomilek, které napodobují poruchy u lidí způsobené ztrátou funkce enzymu ADAR1 nebo ADAR2,“ uzavřel Liam Keegan, korespondenční autor této studie.
Tato studie byla podpořena projektem ERA Chair, který byl udělen výzkumné skupině Mary O'Connell, a pomocí grantu GAČR, který byl udělen Liamu Keeganovi.
Autor: Ester Jarour