Lab folyóirat online A csíravonalból
Ki a csíravonalon keresztül
A hormon- és anyagcsere-kutatásról szóló publikáció-elemzésünkben Martin Hrabe de Angelis a 30 leggyakrabban idézett elme közé tartozott. Münchenben a Helmholtz Központ Kísérleti Genetikai Intézetének vezetője, a Műszaki Egyetem tanára és a Német Diabétesz Kutató Központ (DZD) igazgatóságának tagja.
Laborjournal: Münchenben Ön az úgynevezett "Egérklinikát" működteti. Milyen intézmény ez?
Martin Hrabe de Angelis: A német egérklinika volt az első ilyen típusú intézmény az emberi betegségek modelljeinek szisztémás elemzéséhez. Az egyetemekkel szoros együttműködésben a Helmholtz Zentrum München része. Felállítottunk egy európai hálózatot, és ma már sok egérklinika van a világon. Mindannyian együtt dolgozunk a Nemzetközi Egérfenotipizáló Konzorciumban, azzal a céllal, hogy kezdetben minden egyes kódoló régióhoz kiütési egérvonalat kapjunk. Nem az egyes génekkel foglalkozunk, hanem az átfogó nézettel: Hogyan kapcsolódnak egymáshoz ezek az "utak"? Jelenleg több mint 7000 egérvonallal rendelkezünk ebben a konzorciumban.
Úgy gondolják, hogy a 2-es típusú cukorbetegség életmódjának és genetikai hajlamának köszönhető. Gyanítják, hogy a megszerzett tulajdonságok is szerepet játszanak, amelyeket epigenetikusan továbbadnak az utódoknak. Hogyan állt elő ezzel a hipotézissel?
Hrabe de Angelis: Az epidemiológusoktól tudjuk, hogy hatalmas környezeti hatás van. A testmozgás és a táplálkozás játssza a fő szerepet. De vannak olyan emberek is, akik keveset mozognak és sokat esznek - és még mindig egészségesek maradnak. Az is világos, hogy van egy hatalmas genetikai komponens. Most körülbelül 400 lokuszt ismerünk, és ez nagyon bonyolulttá teszi. Mert sok esetben nem tudunk semmit ezekről a lokuszokról. Melyik gén érintett? Ez egy fehérjét kódoló vagy egy nem kódoló szakasz? Ennek ellenére kiszámítható, hogy ez a 400 lókusz és az ismert környezeti tényezők önmagukban nem elegendőek a 2-es típusú cukorbetegség gyors növekedésének magyarázatára a populációban. Ezért találtuk ki az epigenetikát. Feltételezésünk az volt, hogy egy hajlam átadható a következő generációnak is, amely túlmutat az alapszekvencián.
Három évvel ezelőtt volt egy tanulmány erről az intézetéből (Nat Genet, 48 (5): 497-9). Különböző módon etették az egereket, majd megvizsgálták utódaikat.
Hrabe de Angelis: Egyetértek. A növénygenetikában nemzedékeken át rengeteg munka folyik az epigenetikus hatásokról. A kérdés mindig az volt, hogy ez milyen mértékben fordul elő az emlősöknél is. Mert valójában két demetilezési forduló zajlik ott.
Éppen most akartam megkérdezni: Mindig azt olvasta, hogy a megszerzett metilációkat a csírasejtek érése során ismét eltávolítják, és hogy epigenetikus „reset” áll fenn.
Hrabe de Angelis: Helyes. És a korai embrióban van demetilezés is. Emellett azonban emlősöknél is ismertek egyes kivételek. A demetilezés mindenképpen megtörténik, de nem tudok olyan munkáról, amely világosan és következetesen azt mutatná, hogy valóban minden lókusz demetilálódik. Inkább azt tudjuk, hogy valóban vannak lehetőségek arra, hogy az egyes lokuszok megtartsák epigenetikai módosulásukat a csíravonalban.
Ezeknek epigenetikai mechanizmusoknak kell lenniük? Például a drozofilai fejlődésbiológusok évtizedekkel ezelőtt beszámoltak az „anyai tényezőkről”, amelyek segítenek meghatározni az utódok fenotípusát. A petesejt tartalmazza az anya mRNS-ét, amely befolyásolja a gének expresszióját az embrióban. Hasonló lehet emberekkel és egerekkel.
Hrabe de Angelis: Természetesen olyan tényezők is szerepet játszanak az emlős embrió kialakulásában, mint a méh miliője, a laktáció vagy a mikrobiom. Vagy hatással lehet az apák agresszív viselkedése - sok ilyen „zavaró tényező” létezik. Johannes Beckers kollégám ötlete volt itt, az intézetben, pontosan kizárni ezeket a zavaró tényezőket. Tehát hagytuk, hogy a szülő állatok metabolikusan kisiklassanak egy magas kalóriatartalmú és magas zsírtartalmú étrenden keresztül, és meg akartuk tudni, hogy megszerzett változásaik átkerülhetnek-e a következő generációra. Az embriókat in vitro megtermékenyítéssel hoztuk létre, és egészséges egerekben, azaz helyettesítő anyákban hoztuk őket időre, hogy a zavaró tényezőket a lehető legnagyobb mértékben kizárhassuk. Aztán megnéztük: Hogyan reagál most az F1 generáció bizonyos étrendekre?
Ez azt jelenti, hogy mindkét szülőállatot magas kalóriatartalmú étrenddel etették, és utódaikat összehasonlították a normálisan táplált kontrollállatok utódaival?
Hrabe de Angelis: Igen. De ezt még tovább variáltuk, és egyes tesztsorozatokban csak az édesapát vagy csak az anyát táplálták magas zsírtartalmúak. Ha ezeket a kombinációkat megnézi, az eredmény csodálatos. Világosan látjuk, hogy az erősen táplált metabolikusan kisiklott szülők utódai megváltozott metabolikus fenotípust is mutatnak. Ha ezeket az utódokat magas zsírtartalmú étrendre tesszük, akkor tömegesen másképp reagálnak, mint a sovány szülők állatai. Látjuk, hogy egyes tulajdonságokat inkább az apa, másokat inkább az anya örököl. A következő generáció túlsúlya nagyjából azonos arányban jön létre mind a petesejteken, mind a spermiumokon keresztül. Ezzel szemben a vércukorszintre gyakorolt hatások az anyai vonalon keresztül terjednek tovább.
Ez azt jelenti, hogy kizárhatja a klasszikus anyai hatásokat az oocita plazmán keresztül - különben ez az apaegerek nem lennének hatással.
Hrabe de Angelis: Pontosan azért, mert még akkor is, ha a hatás akkor a legerősebb, amikor mindkét szülő állat metabolikusan kisiklik: Úgy látjuk, hogy a spermium önmagában is elegendő egy fenotípus kiváltására a következő generációban. És mint mondtam, látjuk ezeket a különbségeket. Időközben akár nagyon pontosan megkülönböztethetjük a transzkriptóm profilokat, és hozzárendelhetjük, hogy az anyai és melyik apai vonalon keresztül milyen hatások közvetülnek. Ezek Johannes Beckers laboratóriumának korábban publikálatlan adatai.
És ezt az epigenetikai információt metilcsoportok tárolják?
Hrabe de Angelis: Nem tudjuk, hogy ezt egyszerűen továbbadják-e metilezés útján. Más szakaszok is beilleszthetők - de valahol molekuláris aláírásokat kell találni. Ennek kidolgozása nagy munka, és ezen dolgozunk.
Mennyire lehet az egér ilyen eredményeit átvinni emberre?
Hrabe de Angelis: Az anyagcsere-kutatások viszonylag világosan megmutatták, hogy az elmúlt húsz évben rágcsálókon végzett kutatások nagy része nagyon alkalmazható az emberekre. A Helmholtz Zentrum München és a DZD számos tanulmányban szorosan együttműködik. Egyre több a cukorbetegség klinikai vizsgálata, és mindig párhuzamosan futtatjuk az egérvizsgálatokat, egyszerűen azért, mert mélyebben betekinthetünk a szervek patofiziológiájába és felhasználhatjuk az omikai elemzést. Például volt egy tanulmányunk Düsseldorfi DDZ kollégáinkkal, amelyben feltették a kérdést: Mi történik valójában akkor, ha egyetlen ételt ad nagy mennyiségű telített zsírsavval, ami nagyjából megegyezik két Big Mac-szel vagy egy óriási pizzával? Ezt egészséges embereknél és egereknél egyaránt megvizsgáltuk. Világosan látható, hogy a fenotípusok és a patofiziológia mindkét organizmusban szinte azonosak (J Clin Invest, 127 (2): 695-708). Izgalmas idők a cukorbetegség kutatásához.