hrvatski

Epigenetika, zdravlje i molekularni alati za promjenu genoma

Primarna uloga epigenetike u živim sustavima je integracija informacija iz okoliša na nivou stanice i na nivou čitavog organizma. Iako svaka stanica višestaničnog organizma u jezgri sadrži istu DNA, identitet staničnog tipa (npr. epitelna, mišićna, živčana), a time i vrlo raznolik fenotip diferenciranih stanica, određen je specifičnim uzorkom ekspresije gena koji se uspostavlja epigenetičkim mehanizmima. Najvažniji i najistraživaniji epigenetički mehanizmi su metilacija citozina u molekuli DNA u CpG dinukleotidima te histonske modifikacije. Ove epigenetičke oznake važne su i za fenotip na razini čitavog organizma, a ne samo pojedinačne stanice. Postoje brojni primjeri integracije signala iz okoliša koji epigenetičkim mehanizmima mogu utjecati na fenotip iduće generacije, osobito kada se radi o dostupnosti nutrijenata. Takvo epigenetičko programiranje može imati dalekosežne posljedice na zdravlje ljudi i životinja. U istraživanju mogućih terapijskih pristupa liječenja malignih i drugih bolesti, epigenetika se pokazala obećavajućom. U tu svrhu potrebno je razviti molekularne alate koji mogu promijeniti epigenetičke oznake na točno određenom ciljanom genu, čime bismo omogućili bitno veću fleksibilnost u odnosu na dosadašnji pristup temeljen na neselektivnim epigenetičkim inhibitorima. U izradi takvih molekularnih alata poslužili smo se sustavom CRISPR-Cas9, izvorno otkrivenom kao mehanizam bakterijske stečene imunosti na viruse, a kasnije prilagođenom za uvođenje dvolančanih lomova u eukariotski genom. Ovaj sustav se sastoji od proteina Cas9 s nukleaznom aktivnošću i navodeće RNA molekule čijih varijabilnih 20 nukleotida na 5' kraju određuju specifičnost za ciljanu sekvencu. Nakon što smo točkastim mutacijama dokinuli nukleaznu aktivnost proteina Cas9, konstruirali smo njegove aktivne fuzije s katalitičkim domenama DNA metiltransferaze DNMT3A te DNA hidroksimetilaze TET1, čime smo dobili molekularne alate za ciljanu CpG metilaciju i demetilaciju genskih promotora, a time i kontrolu ekspresije gena. Sustav smo uspješno primijenili na nekoliko istraživanih lokusa, od kojih je najinteresantniji HNF1A, ključni regulator glikozilacije proteina. Opisanim molekularnim alatima uspješno smo manipulirali metilaciju promotora gena HNF1A, što je za posljedicu imalo promjenu njegove ekspresije. Nastavljamo s nadogradnjom ovog sustava kako bismo mogli kontrolirati više lokusa istovremeno i utjecati na kompleksni stanični fenotip, s naglaskom na ključne stanične tipove kod upalnih bolesti.

epigenetika, CRISPR, Cas9, DNMT3A, TET1

nije evidentirano