Χαρτογραφώντας το γενετικό σύστημα ελέγχου του FOXP3 στα ανοσοποιητικά κύτταρα
Το ανοσοποιητικό σύστημα βρίσκεται σε μια λεπτή ισορροπία: πρέπει να είναι αρκετά επιθετικό για να καταπολεμά λοιμώξεις και καρκίνο, αλλά και αρκετά συγκρατημένο ώστε να μην επιτίθεται στους δικούς του ιστούς. Περισσότεροι από είκοσι χρόνια πριν, ερευνητές αναγνώρισαν ένα γονίδιο που ονομάζεται FOXP3, το οποίο παίζει κρίσιμο ρόλο στη διατήρηση αυτής της ισορροπίας και στην πρόληψη αυτοάνοσων ασθενειών – μια εργασία που απέσπασε το φετινό Νόμπελ Ιατρικής.
Νέα ανακάλυψη για το FOXP3
Τώρα, επιστήμονες από τα Gladstone Institutes και το UC San Francisco (UCSF) έχουν χαρτογραφήσει το περίπλοκο δίκτυο γενετικών διακοπτών που χρησιμοποιούν τα ανοσοποιητικά κύτταρα για να ρυθμίσουν τα επίπεδα του FOXP3. Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Immunity, έχουν σημαντικές επιπτώσεις για την ανάπτυξη ανοσοθεραπειών και ρίχνουν φως σε ένα μακροχρόνιο μυστήριο σχετικά με το γιατί αυτό το γονίδιο συμπεριφέρεται διαφορετικά στους ανθρώπους σε σύγκριση με τα ποντίκια.
Η σημασία του FOXP3
«Το FOXP3 είναι απολύτως απαραίτητο για τη ρύθμιση του ανοσοποιητικού μας συστήματος», δηλώνει ο Alex Marson, MD, PhD, διευθυντής του Gladstone-UCSF Institute of Genomic Immunology και επικεφαλής της μελέτης. «Ο τρόπος που ελέγχεται είναι μια θεμελιώδης ερώτηση της ανοσολογίας, και η λεπτομερής απάντηση θα μπορούσε να προσφέρει στοιχεία για την ανάπτυξη μελλοντικών θεραπειών για αυτοάνοσες ασθένειες ή καρκίνο». Το γονίδιο FOXP3 είναι ενεργό σε όλα τα ρυθμιστικά Τ κύτταρα, τα οποία κρατούν τις ανοσοποιητικές αντιδράσεις υπό έλεγχο. Χωρίς αυτό το γονίδιο, τα ρυθμιστικά Τ κύτταρα δεν μπορούν να λειτουργήσουν σωστά, με αποτέλεσμα το ανοσοποιητικό σύστημα να επιτίθεται στους δικούς του ιστούς.
Διαφορές μεταξύ ανθρώπων και ποντικών
Στα ποντίκια, το FOXP3 ενεργοποιείται μόνο στα ρυθμιστικά Τ κύτταρα. Ωστόσο, στους ανθρώπους, τα συμβατικά Τ κύτταρα – τα φλεγμονώδη κύτταρα που καταπολεμούν τις λοιμώξεις – μπορούν επίσης να ενεργοποιήσουν το FOXP3 για μικρές χρονικές περιόδους. Αυτή η διαφορά έχει προκαλέσει απορίες στους ανοσολόγους για χρόνια. Στη νέα αυτή εργασία, το εργαστήριο του Marson χρησιμοποίησε τεχνολογία σίγασης γονιδίων CRISPR για να δοκιμάσει συστηματικά 15.000 θέσεις στο DNA γύρω από το γονίδιο FOXP3. Αναζητούσαν γενετικά ρυθμιστικά στοιχεία – κοντινές περιοχές του DNA που δρουν σαν διακόπτες, ελέγχοντας πότε και πόσο ενεργό είναι ένα γονίδιο.
Με την ανατροπή χιλιάδων θέσεων σε ρυθμιστικά και συμβατικά Τ κύτταρα και μετρώντας τις επιδράσεις στα επίπεδα του FOXP3, η ομάδα κατάφερε να προσδιορίσει ποιες κοντινές αλληλουχίες DNA ελέγχουν το FOXP3.
«Δημιουργήσαμε ουσιαστικά έναν λειτουργικό χάρτη του ολόκληρου συστήματος ελέγχου του FOXP3», λέει η Jenny Umhoefer, PhD, πρώην μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο εργαστήριο του Marson και πρώτος συγγραφέας της νέας μελέτης.
Οι πειραματικές διαδικασίες αποκάλυψαν ότι διαφορετικοί τύποι κυττάρων στους ανθρώπους έχουν διαφορετικά συστήματα ελέγχου για το γονίδιο FOXP3. Στα ρυθμιστικά Τ κύτταρα, όπου το FOXP3 πρέπει να παραμένει συνεχώς ενεργό, πολλαπλοί ενισχυτές – αλληλουχίες DNA που αυξάνουν τα επίπεδα ενός γονιδίου – συνεργάζονται για να διασφαλίσουν ότι το γονίδιο παραμένει ενεργό. Δεδομένου ότι λειτουργούν αναδρομικά, η ανατροπή μόνο ενός από αυτούς τους ενισχυτές είχε μικρή επίδραση στα επίπεδα του FOXP3.
Στα συμβατικά Τ κύτταρα, μόνο δύο ενισχυτές χαρτογραφήθηκαν. Ωστόσο, οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης έναν απροσδόκητο καταστολέα που λειτουργεί ως φρένο στο γονίδιο FOXP3. «Αυτό που βλέπουμε είναι ένα πολύπλοκο ρυθμιστικό κύκλωμα», λέει η Umhoefer. «Το κύτταρο έχει γκάζια και φρένα, και τα συντονίζει για να επιτύχει ακριβή έλεγχο».
Για να κατανοήσουν όχι μόνο πού βρίσκονται αυτοί οι γενετικοί διακόπτες, αλλά και τι τους ελέγχει, η ομάδα διεξήγαγε μια δεύτερη εκτενή εξέταση CRISPR. Αυτή τη φορά, αναστάτωσαν συστηματικά σχεδόν 1.350 γονίδια σε όλο το γονιδίωμα για να προσδιορίσουν συγκεκριμένες πρωτεΐνες που ελέγχουν τα επίπεδα του FOXP3. Στη συνέχεια, συνεργαζόμενοι με τον Gladstone Affiliate Investigator Ansuman Satpathy, MD, PhD, η ομάδα χρησιμοποίησε μια τεχνική που ονομάζεται ChIP-seq για να χαρτογραφήσει φυσικά πού βρίσκονται οι πρωτεΐνες στο DNA σε σχέση με το γονίδιο FOXP3.
«Αυτό ήταν ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός στην ανάπτυξη τρόπων σύνδεσης των τοπικών ρυθμιστικών στοιχείων με τις πρωτεΐνες που πραγματικά δεσμεύονται σε αυτά», λέει ο Satpathy, ο οποίος είναι επίσης αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Παθολογίας της Ιατρικής Σχολής του Στάνφορντ. «Κανείς δεν είχε συνδυάσει αυτά τα εργαλεία με τόσο ευρύ και συστηματικό τρόπο πριν».
