Serwis prasowy / Press Release

press.nencki.gov.pl

Serwis prasowy / Press Release - press.nencki.gov.pl

Przestrzeń rządzi nie tylko genami – rządzi nawet psychiką

Zmiany w przestrzennym ułożeniu włókien materiału genetycznego w neuronach mogą prowadzić do zaburzeń neuropsychicznych, odkrył polsko-hiszpański zespół naukowców. Badania, przeprowadzone na laboratoryjnych myszach, z jednej strony wyznaczają nowe kierunki walki z chorobami neuropsychicznymi u ludzi, z drugiej sugerują, że wyniki wielu dotychczasowych eksperymentów nad zachowaniem myszy mogły być błędnie interpretowane.

Część zaburzeń psychicznych ma podłoże genetyczne. Naukowcy z Instytutu Biologii Doświadczalnej PAN im. M. Nenckiego w Warszawie i hiszpańskiego Instituto de Neurociencias de Alicante (INA) wykazali jednak, że powiązanie między psychiką a genami może być bardziej subtelne, niż do tej pory sądzono. U genetycznie zmodyfikowanych laboratoryjnych myszy zaobserwowano bowiem zmiany w przestrzennym rozmieszczeniu włókien materiału genetycznego w neuronach – oraz towarzyszące im zaburzenia w zachowaniu. Wyniki badań zespołu, kierowanego przez prof. Angela Barco (INA), opublikowano na łamach słynnego czasopisma „Nature Communications”.

 

„DNA w komórkach nie jest nagie – jest owinięte wokół białek nazywanych histonami, tworząc włókna chromatyny”, zaczyna wyjaśniać dr Adriana Magalska z Instytutu Nenckiego i zaraz dodaje: „Większość osób na pewno kojarzy, że chromosomy w ludzkich komórkach przypominają wyglądem literę X. To właśnie odpowiednio zwinięta chromatyna odpowiada za tak charakterystyczne upakowanie materiału genetycznego”.

 

Aby móc obserwować chromatynę, naukowcy oznaczyli ją za pomocą białka zielonej fluorescencji. Green Fluorescent Protein (GFP) to nietoksyczne białko, które po oświetleniu laserem świeci na zielono. W biologii molekularnej używa się go m.in. do znakowania określonych typów komórek i badania aktywności genów. Ma tak wielorakie zastosowania, że za jego odkrycie przyznano nagrodę Nobla.

 

Gen wytwarzający białko GFP działa u myszy badanych przez polsko-hiszpański zespół tylko w neuronach i pozostaje nieaktywny, gdy myszom podaje się jeden z antybiotyków – doksycyklinę. Jeśli więc mysz od urodzenia otrzymuje antybiotyk, gen nie działa i zwierzę rozwija się normalnie. W dogodnym dla badaczy momencie doksycyklinę można odstawić i uaktywnić produkcję GFP w neuronach, co pozwala zaobserwować, jakie zmiany zaszły w tych komórkach wskutek prowadzonych eksperymentów. Co jednak najważniejsze, dzięki zastosowaniu inżynierii genetycznej, u zmodyfikowanych genetycznie myszy GFP jest sprzężone z jednym z histonów chromatyny. Oznacza to, że w praktyce cała chromatyna transgenicznych myszy jest wyznakowana białkiem GFP.

 

„Dzięki GFP możemy obserwować pod mikroskopem pewne obiekty w jądrach komórkowych mysich neuronów, nazywane chromocentrami. Zawierają one geny, które są nieaktywne”, mówi dr hab. Grzegorz Wilczyński, profesor Instytutu Nenckiego.

 

Własne, opatentowane oprogramowanie do analizy obrazu, autorstwa dr. Błażeja Ruszczyckiego z Instytutu Nenckiego, umożliwiło badaczom przekształcanie sekwencji zdjęć mikroskopowych w trójwymiarową wizualizację. Dzięki niej polscy naukowcy stwierdzili występowanie wyraźnych różnic w budowie przestrzennej chromatyny u myszy transgenicznych z aktywowanym genem produkującym białko GFP sprzężone z histonem. Trójwymiarowa struktura chromatyny w jądrach neuronów transgenicznych myszy okazała się być inna niż u myszy dzikich: chromocentra nie były już ciasno skupione, lecz większe i bardziej „rozmyte”. Okazało się również, że zmieniona konfiguracja przestrzenna wpływa na produkcję białek wytwarzanych przez niektóre geny, co w konsekwencji prowadzi do innych niż zwykle zachowań myszy.

 

„U myszy transgenicznych zaobserwowaliśmy wyraźnie niższy poziom receptorów serotoniny i dopaminy. Oba białka mają związek m.in. z procesami emocjonalnymi, w tym zaburzeniami depresyjnymi”, opisuje dr Magalska.

 

Informacja o niedoborach obu białek pozwoliła hiszpańskiej części zespołu przeprowadzić dokładniejsze niż zazwyczaj testy zachowań zwierząt. Wyniki były jednoznaczne. W porównaniu z dzikimi, zmodyfikowane myszy były hiperaktywne, wykazywały objawy autyzmu, miały też problemy z zapamiętywaniem oraz nawiązywaniem interakcji z innymi osobnikami.

 

Rezultaty prac hiszpańsko-polskiego zespołu oznaczają, że aktywacja genu wytwarzającego białko GFP połączone z histonem chromatyny prowadzi w neuronach myszy do zmian o charakterze epigenetycznym, czyli takich, w których o aktywacji i deaktywacji genów decyduje nie tyle sekwencja DNA, ile jego bezpośrednie otoczenie. Zmiany te wpływają na działanie neuronów, co skutkuje pojawianiem się zaburzeń zachowania u myszy.

 

„Jeśli zmiany w przestrzennym ułożeniu włókien DNA skutkują zaburzeniami neuropsychicznymi u myszy, wydaje się prawdopodobne, że mogą do nich prowadzić także u ludzi. Może to mieć znaczenie np. w przypadku autyzmu. Odkrycie wskazuje więc przyszłe obszary badań, o potencjalnie ważnym znaczeniu dla rozwoju nowoczesnej medycyny”, mówi prof. Wilczyński.

 

Ale polsko-hiszpańska publikacja jest istotna także z innego względu. Od lat w laboratoriach całego świata genetycznie modyfikowane myszy są używane w doświadczeniach nad zachowaniem. Do tej pory wszyscy naukowcy byli przekonani, że wprowadzenie białka GFP nie wpływa na reakcje zwierząt. Teraz wiadomo już, że tak nie jest. Część dotychczas opublikowanych prac naukowych może więc bazować na niewłaściwie interpretowanych danych.

 

Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk, utworzony w 1918 roku, jest największym nieuniwersyteckim ośrodkiem badań biologicznych w Polsce. Do priorytetowych dziedzin podejmowanych w Instytucie należą: neurobiologia, neurofizjologia, biologia i biochemia komórkowa oraz biologia molekularna – w skalach złożoności od organizmów tkankowych przez organelle komórkowe do białek i genów. W Instytucie działa 40 laboratoriów, m.in. nowoczesnej Mikroskopii Konfokalnej, Cytometrii Przepływowej i Skaningowej, Mikroskopii Elektronowej, Testów Behawioralnych i Elektrofizjologii. Instytut dysponuje nowoczesną aparaturą badawczą i zmodernizowaną zwierzętarnią, pozwalającą na hodowlę zwierząt laboratoryjnych, także transgenicznych, według najwyższych standardów. Poziom prac eksperymentalnych, publikacje i silne związki z nauką światową plasują Instytut wśród wiodących placówek biologicznych Europy.

 

 

 

KONTAKTY:

 

dr hab. Grzegorz Wilczyński, prof. nadzw.

Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie

tel. +48 22 5892355

email: g.wilczynski@nencki.gov.pl

 

dr Adriana Magalska

Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie

tel. +48 22 5892316

email: a.magalska@nencki.gov.pl

PRACE NAUKOWE:

 

„Loss of neuronal 3D chromatin organization causes transcriptional and behavioural deficits related to serotonergic dysfunction”; S. Ito, A. Magalska, M. Alcaraz-Iborra, J. P. Lopez-Atalaya, V. Rovira, B. Contreras-Moreira, M. Lipinski, R. Olivares, J. Martinez-Hernandez, B. Ruszczycki, R. Lujan, E. Geijo-Barrientos, G. M. Wilczynski, A. Barco; Nature Communications, 5:4450 (2014); DOI: 10.1038/ncomms5450

 

 

 

 

POWIĄZANE STRONY WWW:

 

http://in.umh.es/

Strona Instituto de Neurociencias de Alicante.

 

http://www.nencki.gov.pl/

Strona Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie.

 

http://press.nencki.gov.pl/

Serwis prasowy Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie.

 

 

 

MATERIAŁY GRAFICZNE:

 

Nencki141001b_fot01s.jpg                               

HR: http://press.nencki.gov.pl/wp-content/uploads/2014/10/Nencki141001b_fot01.jpg

Zmiany w przestrzennym ułożeniu włókien materiału genetycznego w neuronach mogą prowadzić do zaburzeń neuropsychicznych, odkryli naukowcy z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk w Warszawie i Instituto de Neurociencias de Alicante w Hiszpanii. (Źródło: Instytut Nenckiego, Grzegorz Krzyżewski)

 

Nencki141001a – Chromatyna a psychika

Category: press