Jurnal de laborator online Din linia germinativă
Treceți prin linia germinativă
În analiza publicației noastre privind cercetarea hormonală și a metabolismului, Martin Hrabe de Angelis a fost printre cele 30 de minți cele mai citate. La München, el conduce Institutul de Genetică Experimentală la Centrul Helmholtz, este profesor la Universitatea Tehnică și este membru al consiliului de administrație al Centrului German pentru Cercetarea Diabetului (DZD).
Laborjournal: La München conduceți așa-numita „Clinică a șoarecilor”. Ce fel de instituție este asta?
Martin Hrabe de Angelis: Clinica Germană a Șoarecilor a fost prima facilitate de acest gen pentru analiza sistemică a modelelor de boli umane. Face parte din Helmholtz Zentrum München în strânsă cooperare cu universitățile. Am înființat o rețea europeană și există acum multe clinici de șoareci în întreaga lume. Lucrăm cu toții împreună în Consorțiul internațional de fenotipare a șoarecilor, cu scopul de a obține inițial o linie de șoarece eliminabilă pentru fiecare regiune de codificare. Nu suntem preocupați de gena individuală, ci de viziunea de ansamblu: Cum sunt ce „căi” conectate în rețea? Acum avem peste 7.000 de linii de șoarece în acest consorțiu.
Se crede că diabetul de tip 2 se datorează stilului de viață și predispozițiilor genetice. Bănuiesc că și trăsăturile dobândite joacă un rol, care sunt transmise epigenetic descendenților. Cum ai venit cu această ipoteză?
Hrabe de Angelis: Știm de la epidemiologi că există un impact masiv asupra mediului. Exercițiile fizice și nutriția joacă rolul principal. Dar există și oameni care fac puțin exerciții și mănâncă mult - și care rămân în continuare sănătoși. De asemenea, este clar că există o componentă genetică masivă. Acum cunoaștem în jur de 400 de loci și acest lucru îl face foarte complicat. Pentru că în multe cazuri nu știm nimic despre acești loci. Care genă este afectată? Este o secțiune de codificare a proteinelor sau o secțiune necodificatoare? Cu toate acestea, se poate calcula că acești 400 de loci și factorii de mediu cunoscuți singuri nu sunt suficienți pentru a explica creșterea rapidă a diabetului de tip 2 la populație. De aceea am venit cu epigenetica. Presupunerea noastră a fost că o predispoziție poate fi transmisă și următoarei generații care se află dincolo de secvența de bază.
A existat o lucrare despre acest lucru de la institutul dvs. acum trei ani (Nat Genet, 48 (5): 497-9). Au hrănit șoareci diferit și apoi și-au examinat descendenții.
Hrabe de Angelis: Sunt de acord. În genetica plantelor, se lucrează mult asupra efectelor epigenetice de-a lungul generațiilor. Întrebarea a fost întotdeauna în ce măsură se întâmplă acest lucru și la mamifere. Deoarece există de fapt două runde de demetilare care au loc acolo.
Tocmai am fost pe punctul de a întreba: Ați citit întotdeauna că metilațiile dobândite sunt îndepărtate din nou în timpul maturării celulelor germinale și că există o „resetare” epigenetică.
Hrabe de Angelis: Corect. Și există și demetilare la embrionul timpuriu. Cu toate acestea, sunt cunoscute și excepții individuale la mamifere. Demetilarea are loc cu siguranță, dar nu știu de nicio lucrare care să arate în mod clar și consecvent că într-adevăr toate loci sunt demetilate din nou. Mai degrabă, știm acum că există într-adevăr posibilități pentru loci individuali de a-și păstra modificarea epigenetică de-a lungul liniei germinale.
Acestea trebuie să fie mecanisme epigenetice? De exemplu, biologii dezvoltării din Drosophila au raportat cu zeci de ani în urmă despre „factorii materni” care ajută la determinarea fenotipului descendenților. Celula ovulă conține mARN-ul mamei, care afectează expresia genelor din embrion. Ar putea fi similar cu oamenii și șoarecii.
Hrabe de Angelis: Desigur, factori precum mediul în uter, lactație sau microbiom joacă, de asemenea, un rol în dezvoltarea embrionului de mamifer. Sau comportamentul agresiv al taților poate avea un impact - există mulți dintre acești „factori confuzi”. A fost ideea colegului meu Johannes Beckers de aici, la institut, să excludă toți acești factori perturbatori pe cât posibil. Așa că am lăsat animalele părinte să deraieze metabolic printr-o dietă bogată în calorii și bogată în grăsimi și am vrut să vedem dacă modificările pe care le-au dobândit pot fi transferate generației următoare. Am creat embrioni prin fertilizare in vitro și i-am dus la termen de șoareci sănătoși, adică la mame surogat, astfel încât să putem exclude factorii de confuzie cât mai mult posibil. Apoi am verificat: Cum reacționează generația F1 la anumite diete acum?
Aceasta înseamnă că ambii animale părinți au fost hrăniți cu o dietă bogată în calorii și descendenții lor au fost comparați cu descendenții animalelor de control hrănite în mod normal?
Hrabe de Angelis: Da. Dar am modificat acest lucru și mai mult și, în unele serii de teste, l-am hrănit doar pe tată sau numai pe mamă cu conținut ridicat de grăsimi. Dacă te uiți la toate aceste combinații, rezultatul este uimitor. Vedem în mod clar că descendenții părinților deraiați metabolic foarte hrăniți prezintă, de asemenea, un fenotip metabolic modificat. Dacă punem acești urmași pe o dietă bogată în grăsimi, aceștia reacționează masiv diferit față de animalele părinților slabi. Vedem că unele trăsături sunt moștenite mai mult prin tată și altele mai mult prin intermediul mamei. Excesul de greutate din generația următoare vine mai mult sau mai puțin în proporții egale atât prin ovocite, cât și prin spermă. În schimb, efectele asupra nivelului glicemiei sunt transmise mai puternic prin linia maternă.
Aceasta înseamnă că puteți exclude efectele materne clasice prin intermediul plasmei ovocitelor - altfel această influență a șoarecilor tată nu ar exista.
Hrabe de Angelis: Exact, pentru că, chiar dacă influența este cea mai puternică atunci când ambele animale părinte sunt deraiate din punct de vedere metabolic: vedem că sperma singură este, de asemenea, suficientă pentru a declanșa un fenotip în generația următoare. Și, așa cum am spus, vedem aceste diferențe. Între timp, putem chiar să diferențiem foarte precis profilurile transcriptomului și să atribuim ce influențe sunt transmise prin maternă și care prin linia paternă. Acestea sunt date nepublicate anterior din laboratorul lui Johannes Beckers.
Și aceste informații epigenetice sunt stocate prin grupări metil?
Hrabe de Angelis: Nu știm dacă acest lucru este pur și simplu transmis prin metilare. Alte etape ar putea fi, de asemenea, interpuse - dar semnăturile moleculare trebuie găsite undeva. Lucrarea este o treabă importantă și la asta lucrăm.
Cât de bine sunt astfel de rezultate de la mouse transferabile către oameni?
Hrabe de Angelis: Cercetările privind metabolismul au arătat relativ clar că o mare parte a celor cercetate la rozătoare în ultimii douăzeci de ani este foarte aplicabilă oamenilor. Helmholtz Zentrum München și DZD lucrează în strânsă colaborare la multe studii. Există din ce în ce mai multe studii clinice privind diabetul și întotdeauna efectuăm studii la șoareci în paralel, pur și simplu pentru că ne putem uita mai adânc în fiziopatologia organelor și putem folosi analiza omică. De exemplu, am avut un studiu cu colegii noștri DDZ din Düsseldorf în care s-a pus întrebarea: Ce se întâmplă de fapt atunci când dai o singură masă cu o proporție mare de acizi grași saturați, care este aproximativ echivalentă cu două Big Mac-uri sau o pizza gigantă? Ne-am uitat la acest lucru atât la persoanele sănătoase, cât și la șoareci. Se poate vedea clar că fenotipurile și fiziopatologia sunt aproape identice în ambele organisme (J Clin Invest, 127 (2): 695-708). Momente incitante pentru cercetarea diabetului.