Преимущества Drosophila melanogaster для моделирования нейродегенеративных заболеваний человека
Одним из наиболее интересных подходов к исследованию генетических форм болезней человека является их моделирование на плодовой мушке Drosophila melanogaster. Для этих целей используют два основных экспериментальных подхода: экспрессия в Drosophila генов человека, играющих роль в развитии заболеваний, и изучение собственных генов Drosophila, ортологов генов человека, причастных к развитию заболеваний (Bier, 2005; Bilen, Bonini, 2005; Marsh, Thompson, 2006; Lu, Voger, 2009; Hirth, 2010).
Расшифровка геномов человека и дрозофилы показала, что более 50% генов Drosophila melanogaster имеют гомологов у человека, и в то же время не менее 60-70% генов наследственных болезней человека имеют своих двойников у Drosophila (Fortini et al., 2000; Reiter et al., 2001). Поэтому при работе с различными моделями заболеваний на Drosophila прямое исследование мутантного белка может в значительной степени характеризовать его участие в патогенезе заболевания у человека. Более того, использование трансгенной технологии позволяет создавать линии, несущие гены человека, и использовать их для модуляции конкретных физиологических механизмов. С другой стороны, генетические эксперименты с выключением генов могут быть основой для определения неизвестных клеточных функции белков, вовлеченных в развитие патологического процесса. Хорошо разработанный на дрозофиле метод получения трансгенныхСокращения: апоЕ - аполипопротеин Е; БА - болезнь Альцгеймера; ДВД - долговременная депрессия; МЭ - мобильный генетический элемент; Ар - амилоидный пептид Р; APP - белок-предшественник амилоида; FAC - семейная амилоидная кардиопатия; FAP - семейная амилоидная полинейропатия; HTS - высокоэффективный скрининг; PSN - пресенилин; SSA - системный старческий амилоидоз; TTR - транстиретин.
особей позволяет получать трансгенных мух не только по определенному гену, но и запускать экспрессию этого гена в тканях на различных стадиях онтогенеза дрозофилы, благодаря бинарной системе UAS-GAL4 (Brand, Perrimon, 1993).
Система, заимствованная из дрожжей, состоит из двух независимых линий, одна из которых несет исследуемый ген под контролем последовательности UAS (Upstream Activating Sequence), а вторая линия содержит активатор транскрипции - транскрипционный фактор GAL4. Для индукции экспрессии трансгена UAS линия скрещивается с линией, экспрессирующей GAL4 под контролем эндогенного или специально сконструированного промотора, что приводит к экспрессии исследуемого гена в тканях, где экспрессируется GAL4. На сегодняшний день для исследователей доступно более 7000 линий Drosophila с экспрессией GAL4 по данным GAL4 Enhancer Trap Data Base (http://kyotofly.kit.jp/stocks/GETDB/getdb.html) и более 500 линий в Bloomington Drosophila Stock Center at Indiana University (http://flystocks. bio.indiana.edu).Температурно-зависимый характер экспрессии трансгенов в системе UAS- GAL4 был использован для создания системы экспрессии, контролирумой во времени (temporal and regional gene expression targeting, TARGET) (McGuire, 2003). TARGET-система основана на способности дрожжевого белка GAL80 подавлять экспрессию GAL4. Совместная экспрессия UAS-GAL4 линий и температурно-зависимого аллеля Gal80TS (Matsumoto et al., 1978), под контролем промотора tubulin 1а приводит к наибольшему подавлению экспрессии GAL4 при 19°С и дерепрессии синтеза этого белка при 30°С.
Другой подход для направленной временной экспрессии генов на основе системы UAS-GAL4 основан на создании гормон-индуцибельных химерных вариантов GAL4:Gal4-estrogen receptor (Han, 2002) и GAL4-progesterone receptor (GeneSwitch) (Osterwalder et al., 2001; Roman et al., 2001; Nicholson et al., 2008). Экспрессия трансгенов контролируется добавлением лигандов в корм мухам или личинкам в определенное время, что позволяет исключить пагубное действие ранней экспрессии. Однако это накладывает ограничение на использование этих подходов на эмбриональной и куколочной стадиях развития (Elliott, Brand, 2008).
На Drosophila melanogaster был разработан и получил широкое распространение метод инсерционного мутагенеза, основанный на применении мобильных генетических элементов (МЭ).
МЭ представляют собой сегменты ДНК, способные к автономным перемещениям (транспозициям) внутри генома. Доля мобильных элементов в геноме человека и млекопитающих может достигать 40% всей ядерной ДНК (Kazazian, 2004). Количество копий мобильных элементов различных семейств изменяется от одной до нескольких сотен. Инсерция МЭ может существенно изменять характер экспрессии гена, что и послужило поводом для широкого применения МЭ в создании регулируемых тканеспецифических экспрессионных векторов (Rnrth, 1996; Staudt et al., 2005; Enerly et al., 2002). Наибольшее распространение в исследованиях на дрозофиле получили векторы, созданные на основе мобильного Р-элемента (Adams, Sekelsky, 2002; Bellen et al., 2004), однако свойство Р-элемента встраиваться только в определенные районы генома ограничивает проведение мутагенеза в целом геноме. Поэтому в настоящее время разрабатываются подходы с использованием других мобильных элементов, предпочитающих отличные от Р-элемента сайты инсерции, в частности hobo (Smith et al., 1993; Huet et al., 2002; Myrick et al., 2009) и Minos (Metaxakis et al., 2005).Следует отметить, что использование Drosophila позволяет избежать таких ограничений, возникающих в работе с человеческим материалом, как неполные родословные, генетическая гетерогенность популяции, длительность сбора образцов. В то же время, фундаментальные аспекты клеточной биологии, такие как регуляция экспрессии генов, мембранный транспорт, передача клеточных сигналов, си- наптогенез, клеточная гибель, нейротрансмиттерные системы, довольно похожи у человека и Drosophila (Sang, Jackson, 2005).
2.
Еще по теме Преимущества Drosophila melanogaster для моделирования нейродегенеративных заболеваний человека:
- Моделирование патогенеза нейродегенеративных заболеваний на Drosophila melanogaster
- Drosophila melanogaster - модельная система для изучения потенциальных терапевтических соединений
- Использование экспериментального моделирования для создания доклинической диагностики нейродегенеративных заболеваний
- Молекулярно-генетическая модель таупатии на основе сверхэкспрессии протеинкиназы GSK3p в нервной системе Drosophila melanogaster
- Трансляционная, персонализированная и профилактическая медицина как основа для борьбы с нейродегенеративными заболеваниями
- Перспективы использования неинвазивных нейровизуализацион- ных методов для создания комплексной доклинической диагностики нейродегенеративных заболеваний
- Перспективы использования клинических показателей и периферических биомаркеров для создания комплексной доклинической диагностики нейродегенеративных заболеваний
- Определение «преимуществ» заболевания
- Психологические требования профессий типа «человек-человек», «человек-знак», «человек – художественный образ», «человек-природа»
- Создание доклинической диагностики нейродегенеративных заболеваний
- Дисфункция периферических возбудимых структур при нейродегенеративных заболеваниях
- Этиология и патогенез нейродегенеративных заболеваний
- Роль РНК-связывающих белков в нейродегенеративных заболеваниях на примере БАС-FUS
- Участие нАХР нейронального типа в развитии нейродегенеративных заболеваний
- Разработка превентивной терапии на доклинической стадии нейродегенеративных заболеваний
- Использование активной и пассивной иммунизации для терапии нейродегенеративных патологий мозга.
- Исходные условия для моделирования
- Применение сетей Петри для моделирования потоков работ.
- Измерение психолого-политического состояния человека и общества. Проблема политической активации и континуума политического возбуждения человека. Использование теста Люшера для оценки состояний.