Évtizedes kutatás után ritka betegség okára derült fény

Írott nyelvünkben az ékezetek jelentéselkülönítő szerepe egyértelmű (gondoljuk csak kor és a kór szavakra), de az kevéssé ismert, hogy az élőlények genetikai információját rejtő nukleinsavakban is léteznek ilyen „ékezetek”. Az élet kódjának "ékezeteit", az örökítőanyagban tárolt,  nukleotidsorrenden felüli információkat (kémiai vagy térszerkezeti változásokat) epigenetikai módosításoknak nevezik. Ezek a módosítások létfontosságúak minden kicsit is bonyolultabb többsejtű élőlény, így az ember számára is, hiszen nélkülük nem lehetnének különböző típusú sejtjeink úgy, hogy genetikai kódjuk egyébként azonos.

Az elmúlt évtizedekben leginkább a genetikai információ hosszú távú tárolását végző DNS epigenetikai módosításai álltak a figyelem és a kutatások középpontjában, de az utóbbi években egyre több eredmény bizonyította, hogy másik kulcsfontosságú nukleinsavunkat,

az RNS-t érintő „epitranszkriptomikus” módosulatoknak is fontos szerepük van a sejtek megfelelő működésében.

Az MTA-SE „Lendület” Nephrogenetikai Kutatócsoport vezetésével a Semmelweis Egyetem, az Eötvös Loránd Tudományegyetem, valamint a University College London kutatói a napokban megjelent tanulmányukban azt mutatták ki, hogy milyen súlyos következményekkel járhat, ha a sejtek egyik „RNS-ékezetét” készítő enzim meghibásodik a szervezetben.

A kutatás kiindulópontjában a Semmelweis Egyetem I. Sz. Gyermekgyógyászati Klinikán Szabó Attila professzor által gondozott, ismeretlen eredetű betegségben szenvedő család áll. Az elsősorban a fiúkat érintő vese-, szem-, fül- és bélérintettséggel járó kórkép eredetének feltérképezését a Tory Kálmán által vezetett MTA-SE Lendület Nephrogenetikai Kutatócsoport kezdte meg. Első lépésként a párizsi Imagine Intézettel együttműködve azonosították a felelős régiót az X-kromoszómán, majd a Kölni Egyetemen szekvenálva a régiót, megtalálták a kóroki variánst a diszkerin enzimet kódoló DKC1 génben. A diszkerin az egyike azoknak az enzimeknek, amelyek az RNS-molekulák „ékezeteiért” felelnek, és amely nélkül számos pozícióban nem jön létre a pszeudouridinnek nevezett módosulás.

A Lendület-kutatócsoport rámutatott, hogy a kóros mutáció három generációval korábban, a betegséggel együtt alakult ki a családban. A DKC1 gén szerepe váratlan volt, mert variánsait korábban  teljesen más, a kromoszómát lezáró telomerek rövidülésével járó betegségben azonosították. A génhez társuló új betegség szokatlan eredetére a fehérjeszerkezeti kutatások derítettek fényt. A diszkerin  nagyobb molekuláris komplex tagjaként fejti ki a hatását, ahol a különböző fehérjék koordinált együttműködése szükséges ahhoz, hogy a megfelelő RNS-módosítások bekövetkezhessenek.

Karancsiné Menyhárd Dóra, az MTA-ELTE Fehérjemodellező Kutatócsoport tudományos főmunkatársa  szerkezeti modellezéssel kimutatta, hogy

az új DKC1-mutáció hatására károsodik a diszkerin kulcsfontosságú katalitikus régiója,

és megváltozik a diszkerin kapcsolata egyik partnerével, a NOP10 fehérjével.

Számításait Balogh Eszter, az MTA-SE Lendület Nephrogenetikai Kutatócsoport és Schay Gusztáv, az SE Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet kutatói is igazolták a két fehérje kapcsolatának nyomásperturbációs fluoreszcencia-spektroszkópia vizsgálatával.

A végső bizonyítékot, hogy az újonnan leírt betegséget az enzim károsodása, nem pedig a telomerrövidülés okozza, egy állatmodell szolgáltatta. Varga Máté, az ELTE TTK Genetikai Tanszék adjunktusának csoportja több olyan zebrahalvonalat hozott létre a CRISPR/Cas9 genomszerkesztő rendszer használatával, amely az állatok saját diszkerin enzimjét kódoló génben hordozott mutációkat. A mutáns állatok nagyon hasonló szervi érintettséget mutattak, mint a betegek, és vizsgálatukkal ki lehetett mutatni, hogy a betegség számos tünete mögött a sejtosztódás zavara áll. Ez a fehérjeszintézisért felelős riboszómák hibás működésével hozható összefüggésbe, amit a pszeudouridinek hiánya okoz a riboszómákat is létrehozó RNS-molekulákban.

Bal oldalon az egyik beteg szeme, melyen jól megfigyelhető a szürkehályog, jobbra pedig az egyik mutáns zebrahallárva szemének metszete – itt jól látszik, hogy a szemlencse fibrózus szerkezetű (Forrás: MTA-SE Lendület Nephrogenetikai Kutatócsoport)

A több mint egy évtizeden át tartó munka tartogatott még egy meglepetést: két évvel ezelőtt egy londoni kutatócsoport a NOP10 fehérjében is azonosított egy ugyanezen tünetegyüttest okozó variánst, melynek a diszkerin-NOP10 interakcióra gyakorolt hatása megegyezik a diszkerinben talált mutációéval. A közös közlemény így végül angol, francia, kanadai és német kutatókkal való kollaboráció eredménye lett, melyet az Egyesült Államok Tudományos Akadémiájának hivatalos folyóirata, a Proceedings of the National Academy of Sciences lapjain publikáltak.

Forrás: MTA
A borítóképen a fehérjekomplex szerkezete, szürkével a diszkerin, sárgával a NOP10MTA-SE látható (Lendület Nephrogenetikai Kutatócsoport)