Zidentyfikowana niedawno zależność, samym naukowcom z Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (European Molecular Biology Laboratory; EMBL) w Heidelbergu wydała się dość zaskakująca. Już wcześniejsze badania wykazały, że różnice w długim odcinku DNA chromosomu ósmego są częstsze u osób z rozszczepieniem wargi lub podniebienia. Brak genów w tym fragmencie powodował jednak trudności ze zrozumieniem zależności między strukturą kodu genetycznego, a obserwowanymi zaburzeniami.

Człowiek jak gryzoń?

Do badań postanowiono wykorzystać myszy – w końcu to one uznawane są za organizm modelowy do analiz wpływu różnorakich czynników przy założeniu, że obserwowane skutki są zbliżone do tych, które wystąpiłyby u człowieka. Jednocześnie okazało się, że analizowany odcinek DNA myszy ma bardzo podobną budowę do ludzkiego, a co za tym idzie spodziewano się, że odgrywa analogiczną rolę w życiu płodowym obu gatunków. Uzyskane wyniki wskazują, że potomstwo zmodyfikowanych genetycznie myszy wykazywało niewielkie zmiany morfologiczne w obrębie twarzy – większość posiadała widocznie krótsze pyszczki, a kilka z nich również urodziło się z rozszczepieniem wargi. Dokładna analiza przebiegu rozwoju embrionalnego gryzoni pozwoliła zrozumieć co mogło doprowadzić do tych zmian.

Niekodujący = bezużyteczny?

Okazało się, że niekodujący odcinek DNA zlokalizowany na ósmym chromosomie zawiera elementy regulacyjne, które pośrednio kontrolują aktywność genów odpowiedzialnych za procesy formowania struktury twarzy w życiu płodowym. U embrionów myszy pozbawionych analizowanego fragmentu kwasu nukleinowego zaobserwowano znaczący spadek aktywności genu Myc zlokalizowanego na tym samym chromosomie. Sytuacja taka miała z kolei wpływ na dwie grupy innych genów – zaangażowanych w proces budowy struktury twarzy oraz aktywujących funkcjonowanie rybosomów odpowiedzialnych za syntezę białek. To podwójne działanie efektorowe wyjaśnia, dlaczego niekodujący region DNA jest związany ze zwiększoną podatnością na rozszczepienie wargi lub podniebienia u ludzi.

Dodatkowo, naukowcy twierdzą, że obniżenie aktywności rybosomów może skutkować zwiększoną wrażliwością procesu powstawania górnej wargi na inne zaburzenia genetyczne oraz czynniki środowiskowe, takie jak palenie czy picie alkoholu w czasie ciąży, czyli zachowań wpływających na spowolnienie tempa wzrostu komórek. Zwiększona czułość może wynikać z faktu, że powstawanie górnej wargi jest skomplikowanym procesem wymagającym pełnej synchronizacji w czasie. Wymaga on bowiem wzrostu różnych grup komórek zarodka i ich zrastania się na odpowiednim etapie rozwoju. Jeżeli komórki te wykazują spowolnioną produkcję białka z powodu zmniejszonej aktywności genu Myc, to wszelkie dodatkowe obciążenia mogą zakłócić wzrost komórek do tego stopnia, że spowodują wady wrodzone, takie jak np. rozszczepienie podniebienia.

Kolejnym planem naukowców z EMBL są badania na zmodyfikowanych genetycznie myszach w celu określenia zależności między czynnikami genetycznymi i środowiskowymi. Chcą oni również przeanalizować wpływ różnych wariantów genetycznych niekodującego odcinka DNA u ludzi i ich implikacji dla ryzyka wystąpienia wad wrodzonych, a także poznać sam mechanizm wpływu genu Myc na proces tworzenia struktury twarzy w życiu płodowym.