Аспирант Арчана Сиддам и докторант Дипти Ананд изучали генетические связи с катарактой с Салилом Лачке, доцентом и стипендиатом Pew .
Когда катаракта проникает в глаза, единственным эффективным средством является хирургическая замена линз глаз синтетическими заменителями.
Но что, если бы ученые нашли способ отсрочить или предотвратить образование катаракты??
Исследователи из Университета Делавэра, возможно, нашли такую возможность, выявив главных подозреваемых в образовании катаракты – дефицит двух генов, кодирующих регуляторные белки.
Когда эти два гена не могут выполнять свою работу, линзы глаз становятся мутными и развиваются катаракта, не требуется никакого процесса старения или вредного воздействия радиации.
Катаракта, основная причина слепоты, может иметь генетическую основу.
Открытия были сделаны в лаборатории биолога из Университета штата Вашингтон Салила Лачке, доцента биологических наук и научного сотрудника Pew в области биомедицины.
Лачке и аспиранты Смрити Агравал, Арчана Сиддам и доктор наук Дипти Ананд изучают развитие хрусталика у мышей, чтобы лучше понять генетические механизмы, которые приводят к катаракте у людей.
Их результаты, опубликованные в журнале Human Genetics, могут способствовать вмешательствам, которые на один день задерживают или предотвращают образование катаракты, от которой сейчас страдает более половины U.S. населения старше 80 лет и обходится Medicare примерно в 3 миллиарда долларов на лечение ежегодно.
Исследование было поддержано грантом Национальных институтов здравоохранения (NIH) и грантом Fight For Sight, полученным Лачке.
Лачке сравнивает линзу глаза с линзой фотоаппарата. Прозрачная линза без внутренних царапин и других повреждений передает четкое изображение на сетчатку. Зрение ухудшается и может быть полностью потеряно, если не решить проблему ухудшения качества линз.
Лачке и его ученики хотели понять генетические факторы, участвующие в поддержании прозрачности хрусталика, и то, приводит ли нарушение их функции к образованию катаракты.
Они нашли ответы в белках, которые регулируют экспрессию генов, необходимых для прозрачности, продемонстрировав, что дефицит двух регуляторных белков – Mafg и Mafk – привел к образованию катаракты.
По словам Лачке, хрусталик глаза состоит из нескольких видов белков. Некоторые из них необходимы для расшифровки генетической информации и содействия здоровому развитию.
Смрити Агравал, представленный здесь, в Медицинском колледже Бейлора, был членом группы исследователей катаракты в лаборатории Салила Лакке в Университете Делавэра.
Чтобы сосредоточить внимание на генах, необходимых для прозрачности хрусталика – чтобы отличить их от нормальной повседневной генетической функции – лаборатория Лакке использовала интегрированный Системный инструмент для обнаружения генов глаза (iSyTE), веб-инструмент биоинформатики, инициированный Лачке во время его публикации. -докторская работа в Гарвардской медицинской школе, а теперь размещается в Центре биоинформатики и вычислительной биологии Университета штата Вашингтон.
С помощью iSyTE Лачке и его коллеги-исследователи смогли идентифицировать гены, важные для формирования хрусталика, и разработать подробную дорожную карту сети, контролируемой белками Mafg и Mafk.
Когда эти регуляторные белки были скомпрометированы, несколько генов, ответственных за прозрачность хрусталика, были повреждены "отказался" и катаракта образовалась примерно через четыре месяца после рождения.
"Патология хрусталика у сложных мутантов тяжелая," – сказал Агравал, сейчас изучающий генетику человека в докторской программе Медицинского колледжа Бейлора в Техасе. "Хрусталик кажется полностью непрозрачным, а клетки волокна, составляющие ткань, теряют свою структурную организацию."
По словам Агравал, с помощью микроматрицы – набора тысяч ДНК-зондов на небольшом чипе – исследователи могут посмотреть на экспрессию всех генов в хрусталике, а биоинформатика позволяет им идентифицировать конкретные мишени регуляторных белков, таких как Mafg и Mafk.
По ее словам, участие в открытиях было захватывающим.
"Когда я впервые узнал, что у мутантных мышей наблюдается катаракта, я побежал к доктору. Лачке," она сказала.
Это был "эврика!" момент, она сказала.
По словам Лачке, инструмент iSyTE имеет много других применений, и он доступен другим исследователям и общественности.
"Всего за четыре года применение инструмента iSyTE значительно ускорило открытие генов глазных болезней, что привело к идентификации нескольких новых – и часто неожиданных – генов, связанных с катарактой," он сказал.
По его словам, список генов, идентифицированных iSyTE, включает новый посттранскрипционный регулятор, называемый TDRD7, который обычно участвует в развитии зародышевых клеток у различных видов животных. Лачке показал связь TDRD7 с катарактой человека в исследовательской статье, опубликованной в Science.
"В нашем геноме 22000 генов, кодирующих белок, и гораздо меньше половины из них охарактеризованы," Лачке сказал. "Распространение подхода iSyTE на другие компоненты глаза и другие ткани или органы значительно ускорит открытие генов болезни и улучшит наше понимание генома человека."
По словам трех его соавторов, работа с Лачке была выдающимся опытом.
"Он дает нам интеллектуальную свободу," Сиддам сказал. "Мы всегда возвращаемся и проповедуем через него наши идеи, но он бросит вам вызов и заставит мыслить нестандартно."
"Он любит использовать самые современные подходы," Ананд сказал. "Он никогда не говорит «Нет» – он пытается понять наши идеи."
"И даже если они почти технически невозможны, он никогда не скажет просто «Нет»" Сиддам сказал. "Он оценил бы мыслительный процесс."
По их словам, в такой среде инновации и открытия происходят более свободно.
"Если хочешь добиться прорыва, нужно рисковать," Ананд сказал.
Агравал сказала, что работа с Лачке над исследованием катаракты в UD вдохновила ее продолжить докторское исследование по пониманию генетической основы других глазных заболеваний. Сейчас ее исследования сосредоточены на заболеваниях сетчатки.
Сиддам сказал, что ведущие исследователи со всего мира обратились к ним на недавней конференции, чтобы обсудить работу лаборатории Лачке.
"Достоверность проведенного здесь исследования побуждает нас делать больше," она сказала.