Podarilo sa im potvrdiť vplyv génu Cdk13 na rast periférnych nervov hlavy po prvý raz aj v živých organizmoch.
Typický tvárový fenotyp v 11,5-dňovom embryu nesúceho mutáciu v géne Cdk13 (knock-out). Nápadná je nezvyčajne veľká vzdialenosť medzi párovými základmi nosa, ktorá následne vedie k vzniku mediálneho tvárového rázštepu s viditeľne odhaleným vyvíjajúcim sa koncovým mozgom (vpravo). Na porovnanie je zobrazené aj kontrolné embryo (vľavo). Foto: M. Hampl
Výsledky vedcov z Ústavu živočíšnej fyziológie a genetiky Akadémie vied Českej republiky (AV ČR) preukázali kľúčovú úlohu génu Cdk13 vo formovaní tváre a vývoji tvárových nervov. Práca odhalila širší význam proteínu s rovnakým názvom, ktorý vo všeobecnosti ovplyvňuje prepis génov podstatných pre vývoj rôznych tkanív a orgánov.
Odhalenie jeho regulačnej úlohy môže významne prispieť nielen k vývoju nových terapeutických stratégií zriedkavého ochorenia CHDFIDD, ale celkovo k pochopeniu základných procesov v embryogenéze.
Vrodené ochorenie
Ochorenie CHDFIDD, pre ktoré zatiaľ neexistuje slovenský alebo český názov, sa najčastejšie prejavuje kombináciou vrodených srdcových a tvárových chýb (napríklad rôznych rázštepov) s poruchou intelektuálneho vývoja. Spôsobuje ho mutácia v géne Cdk13 a bolo diagnostikované a opísané až v roku 2016. Doteraz bolo celosvetovo potvrdených u takmer 300 pacientov.
Zákonitosti vývoja tváre
Aj keď je toto ochorenie mimo centra hlavného záujmu výskumu vývojových chýb, prináša zásadné poznatky so všeobecnejšou platnosťou o molekulárnych reguláciách raného vývoja tváre. „Preukázali sme, že pre nesprávnu funkciu proteínu CDK13 sa narúša expresia kľúčových génov, ktoré sú nevyhnutné na vývoj tváre, napríklad morfogénu Shh, čo pravdepodobne vedie k vzniku rozsiahlych tvárových rázštepových chýb,“ vysvetlil výsledky novej štúdie publikovanej v časopise Disease Models and Mechanisms Marek Hampl z Ústavu živočíšnej fyziológie a genetiky AV ČR.
Vedci v spolupráci s kolegami z Masarykovej univerzity v Brne a Ústavom molekulárnej genetiky AV ČR študovali vývojové chyby v tvárovej oblasti na myšiach, ktoré majú mutáciu v géne Cdk13 a vykazujú veľmi podobné prejavy ako ľudia trpiaci týmto syndrómom. Vďaka tomu opísali gény, ktoré sú dôležité na formovanie jednotlivých častí tváre a hlavových nervov, ktoré sú narušené vinou nedostatočnosti proteínu CDK13.
Vývoj tvárových nervov v 11,5-dňovom myšom embryu. Vľavo je normálny vývoj hlavových nervov v kontrolnom embryu a vpravo vývoj hypoplastických nervov v Cdk13 mutantnom embryu. Zeleno sfarbené neurofilamentá – imunohistochemicky zafarbené vláknité proteíny nervových buniek – znázorňujú vyvíjajúce sa nervy. Nepravidelné prerušované čiary naznačujú obrys vyvíjajúcej sa tváre. Vľavo menšie zväčšenie, vpravo detail hlavovej oblasti so šípkami ukazujúcimi na tri hlavné vetvy trigeminálneho nervu prerastajúce do hlavných tvárových častí. Foto: N. Jandová.
Poškodený gén ovplyvňuje vývoj hlavových nervov
Druhým, možno ešte zásadnejším objavom je však narušený vývoj niektorých hlavových nervov, ktoré sa vyvíjajú v oblasti tváre, predovšetkým v hornej a dolnej čeľusti.
„V našej štúdii sme preukázali, že sa tieto poruchy objavujú aj pri rozvoji periférnej nervovej sústavy v embryách, konkrétne v špecifických oblastiach hlavy.“
„Vďaka využitiu myších modelov tohto ochorenia sa nám podarilo po prvý raz v živých organizmoch potvrdiť vplyv génu Cdk13 aj na rast periférnych nervov hlavy. Pôvodné in vitro experimenty, ktoré publikovali vedci z Taiwanu, preukázali, že pri inhibícii (potlačení) génu Cdk13 sa narúša vznik bunkových výbežkov neurónov izolovaných z mozgovej kôry. V našej štúdii sme preukázali, že sa tieto poruchy objavujú aj pri rozvoji periférnej nervovej sústavy v embryách, konkrétne v špecifických oblastiach hlavy,“ uviedol význam proteínu CDK13 na vývoj hlavových nervov vo formujúcej sa tvári Marek Hampl.
Tentoraz však nedostatočnosť proteínu CDK13 narúša expresiu génov, ktoré sú zásadné na predlžovanie a rast periférnych nervov a taktiež na vývoj jednotlivých častí tváre, konkrétne sekundárneho poschodia.
Nekanonická funkcia periférnych nervov?
Výsledky štúdie naznačujú poruchy v dvoch tkanivových systémoch, ktorých vývoj spolu úzko súvisí, ale zatiaľ nie je jasné, ako ďaleko sa vzájomne ovplyvňujú. Nedostatočne vyvinuté vetvy hlavových nervov totiž neprestupujú plne do vyvíjajúcich sa tvárových častí myšieho embrya a súčasne je vývoj tváre pri modelových myšiach narušený. To potom vedie buď k rázštepu podnebia, rázštepu pery alebo k rozsiahlej hypoplázii stredovej oblasti tváre.
„Otázkou je, či sa chyby pozorované pri formovaní tvárovej oblasti objavujú v dôsledku nedostatočného rastu tvárových nervov, alebo či vznik porúch tvárovej oblasti a defekty pozorované pri hlavových nervoch sú len dva deje, ktoré môžu zlyhať súčasne ako dôsledok úplne nezávislých procesov,“ opísala ďalší smer výskumu Marcela Buchtová, vedúca Laboratória molekulárnej morfogenézy ÚŽFG AV ČR.
Odhalenie takejto nekanonickej funkcie hlavových nervov počas vývoja tváre by mohlo zásadne ovplyvniť výskum chýb v hlavovej a tvárovej oblasti, ktoré tvoria až tri percentá všetkých vývojových chýb a radia sa tak medzi najčastejšie vývojové poruchy u ľudí. Doteraz bolo spojenie medzi chybami vo vývoji hlavových nervov a vznikom tvárových malformácií zistené len pri niekoľkých ochoreniach.
Zdroj: AV ČR
(JM)
