Un nou sistem binar de expresie genică permite controlul independent al mai multor tipuri de celule
Corpul uman este alcătuit din numeroase tipuri de celule care colaborează pentru a susține funcțiile fiziologice normale. În sistemul nervos central, de exemplu, neuronii transmit informația, în timp ce celulele gliale, precum astrocitele, reglează mediul din jurul neuronilor și le sprijină funcționarea. Pentru a înțelege modul în care aceste tipuri de celule se influențează reciproc, cercetătorii au nevoie de instrumente care să manipuleze expresia genică în mod specific, în celula de interes.
În acest scop se folosesc frecvent sisteme binare de expresie genică, precum sistemul Gal4/UAS, care utilizează factorul de transcripție Gal4 și secvența sa de legare UAS. Totuși, un singur sistem binar nu poate controla independent două tipuri distincte de celule, ceea ce îngreunează studierea colaborării dintre acestea. Este nevoie, așadar, de un sistem suplimentar care să funcționeze independent de sistemele convenționale.
Control genetic independent în două tipuri de celule
O echipă de cercetare de la Institutul Național de Genetică din Japonia a dezvoltat un nou sistem binar de expresie genică bazat pe proteina de legare a ADN-ului Cro, derivată din bacteriofagi, și pe secvența sa țintă OR3. Studiul, coordonat de Kazuhide Asakawa și colegii săi, este intitulat „An orthogonal Cro/OR3 system reveals an influence of astrocytes on motor neuron positioning” și a fost publicat în revista iScience.
În noul sistem, denumit Cro/OR3, cercetătorii au folosit Cro fuzionat cu domeniul de activare transcripțională F2 (CroF2). CroF2 a indus expresia unei gene țintă plasate în aval de secvența OR3 atât în celule de pește zebră, cât și în celule umane cultivate, ceea ce sugerează că sistemul ar putea fi utilizat la diferite specii. Echipa a combinat apoi sistemul Cro/OR3 cu sistemul convențional Gal4/UAS în sistemul nervos al peștelui zebră. Prin combinarea celor două sisteme în același organism, cercetătorii au reușit să controleze independent expresia genică în două tipuri distincte de celule: neuroni și astrocite.
Modificările la nivelul astrocitelor alterează poziționarea neuronilor motori
Astrocitele contribuie în mod normal la reglarea nivelurilor de glutamat extracelular, un neurotransmițător important, prin intermediul Slc1a3b, un transportator astrocitar de glutamat. Folosind sistemul Cro/OR3, cercetătorii au exprimat în astrocite o formă mutantă a Slc1a3b, asociată cu ataxia episodică de tip 6. Această manipulare a modificat poziționarea neuronilor motori marcați prin sistemul Gal4/UAS în măduva spinării. Rezultatele sugerează că funcționarea corectă a astrocitelor este importantă pentru poziționarea normală a neuronilor motori.
Controlul independent al două tipuri de celule este deosebit de util pentru studierea interacțiunilor dintre diferite tipuri de celule, de exemplu între neuroni și celulele gliale. Sistemul Cro/OR3 ar putea servi drept nou instrument genetic pentru investigarea rolului unor tipuri specifice de celule și a modului în care acestea se influențează reciproc, cu potențial de aplicare largă la diverse specii. Această abordare ar putea fi utilă și pentru modelarea bolilor, permițând cercetătorilor să exprime o proteină asociată bolii într-un anumit tip de celulă și să examineze nu doar efectele asupra acelor celule, ci și modul în care celulele afectate influențează alte tipuri de celule care nu exprimă ele însele proteina respectivă.
O colecție tot mai mare de instrumente pentru peștele zebră
Echipa a generat, de asemenea, linii de pește zebră cu capcane de enhancer care exprimă CroF2 în populații specifice de celule, folosind secvențe de ADN numite enhanceri, ce dirijează expresia genică în anumite celule. Peste 150 de linii Cro au fost stabilite și puse la dispoziție printr-o resursă online, oferind o colecție în creștere de instrumente pentru manipularea specifică pe tip de celulă la peștele zebră.
„Setul de instrumente pe care l-am dezvoltat ar putea contribui la lărgirea sferei cercetării”, a declarat Asakawa. „Disponibilitatea mai multor sisteme independente de expresie genică ne oferă o modalitate de a observa o populație de celule în timp ce manipulăm o alta, permițându-ne să examinăm direct aceste interacțiuni în animale vii.”
