Samanlıkta iğne aramak: Genetik bir varyantın otoimmün hastalık riskini nasıl artırdığını bulmak

İnsan genomları üç milyardan fazla nükleotid içerir, ancak bunların yüzde ikisinden azı proteinleri kodlar. Başlangıçta, geri kalan yüzde 98’den fazlası “çöp DNA” olarak kabul ediliyordu.
Zamanla, karmaşık hastalıklarla ilişkili genetik varyantların büyük çoğunluğunun kodlamayan bölgelerde olduğu gösteren yeni veriler ortaya çıktı. Bu nedenle, birçok kodlamayan bölge sağlık ve hastalık açısından çok önemlidir, ancak protein dizisini değiştirmedikleri veya işlevini etkilemedikleri halde bir hastalığa nasıl katkıda bulunurlar?

İlgili mekanizmalar hakkında daha fazla bilgi edinmek için, Babraham Enstitüsü’nden (Cambridge, İngiltere) Rahul Roychoudhuri, Ph.D. liderliğindeki ve The Jackson Laboratory’den (JAX) Derya Unutmaz, M.D.’nin de dahil olduğu bir araştırma ekibi, genomdaki belirli bir noktayı, daha kesin olarak insan kromozomu 11q13.5’i inceledi. Bu bölgedeki nükleotid varyasyonu, inflamatuar bağırsak hastalığı (IBD), tip 1 diyabet, astım ve daha fazlası dahil olmak üzere otoimmün ve alerjik hastalıklara yatkınlıkla önemli ölçüde ilişkilidir. Araştırmacılar, fare genomunda çok benzer bir bölge tespit ederek, otoimmün bozukluk riskinin artmasının altında yatan moleküler yolakları inceleme fırsatı buldular. Nature dergisinde yayınlanan “11q13.5 bağışıklık hastalığı risk lokusu, Treg aracılı bağırsak iltihabının baskılanması için gerekli olan distal bir güçlendirici içerir” başlıklı makalede, bu bölgenin aşırı bağışıklık aktivitesine karşı koruma sağlayan bağışıklık kontrol ve denge sisteminde önemli bir rol oynadığını gösterdiler.

CRISPR/Cas9 tabanlı genom düzenleme yöntemlerini kullanarak Roychoudhuri ve araştırma ekibi, otoimmün riskle ilişkili kodlamayan bölgeyi içermeyen fareler ürettiler. Knockout fareler, normal koşullar altında fiziksel özellikleri ve bağışıklık fonksiyonları açısından vahşi tip farelere benziyordu. Ancak, farelerde bağırsak iltihabını tetiklemek ve koliti modellemek için kullanılan dekstran sülfat sodyum (DSS) ile test edildiğinde, knockout fareler, vahşi tip farelerde önemli bir tepki tetiklemeyen dozlarda etkilendi. Daha fazla araştırma yaptıklarında, knockout farelerin bağırsak dokularında artmış inflamatuar sinyal ve daha yüksek sıklıkta konvansiyonel T hücreleri buldular. Bununla birlikte, istenmeyen veya aşırı bağışıklık tepkilerini baskılayan anti-inflamatuar sinyallerde veya düzenleyici T hücre (Treg) popülasyonlarında herhangi bir değişiklik görülmedi, bu da bağışıklık aktivitesi ve inhibisyon arasındaki normal dengenin kaybolduğunu gösterdi.

Daha fazla araştırma, nakavt farelerde Treg hücrelerinin, GARP adlı bir proteini kodlayan Lrrc32 geninin ekspresyonunda belirgin bir azalma olduğunu gösterdi. Unutmaz’ın önceki çalışmaları, Treg hücreleri aktive olduğunda yüzeylerinde yüksek düzeyde GARP eksprese ettiklerini ve bunun da bağışıklık baskılayıcı fonksiyonun arttığını gösterdiğini ortaya koymuştu. Lrrc32 ve kodlamayan risk bölgesi genom dizisinde birbirine yakın konumda olmasa da, bu bulgu risk lokusunun Lrrc32 ekspresyonunu arttırıcı bir rol oynadığını gösterdi. Bu bölgedeki varyasyonlar, G düzeylerinin düşmesine yol açabilir.

Son olarak, Unutmaz laboratuvarındaki araştırmacılar, farelerden elde edilen bu bulguları insan Treg hücrelerinin in vitro analizlerine uyguladılar. İlk olarak, birincil insan T hücrelerindeki genleri aktive edebilen bir CRISPR teknolojisi geliştirdiler. Bu teknolojiyi kullanarak, genomdaki risk varyantlarının tam bölgesini hedeflediler ve Treg olmayan hücrelerde bile GARP ekspresyonunu aktive edebildiklerini keşfettiler. Bu sonuç, uzak enhancer bölgesinin genom içinde Lrrc32 gen lokusu üzerinde üç boyutlu olarak kendini yeniden yönlendirebildiğini gösterdi. Son olarak, sağlıklı donörlerden alınan insan hücrelerini kullanan deneylerde, bazıları 11q13.5’te risk varyantlarına sahip olan ve bazıları olmayan deneklerde, ekip, risk varyantlarına sahip deneklerin Treg hücrelerinde, riskle ilişkili olmayan sekanslara sahip deneklere kıyasla GARP ekspresyonunda önemli bir azalma olduğunu buldu. Bu derin bulgular, farelerden elde edilen in vivo sonuçları doğruladı ve bu varyant bölgesinin GARP ekspresyonunu ayarlamada bir enhancer olarak kritik önemini gösterdi.

Unutmaz, “Fare ve insan bulguları arasında neredeyse mükemmel bir tamamlayıcılık vardı, bu oldukça dikkat çekici” diyor. “Bu, hem farelerde hem de insanlarda, in vivo ve in vitro olarak bu deneyleri yapmanın gücünü ve her iki veri setini de doğruladığını gösteriyor.”

Sonuçlar, kodlamayan varyantların fonksiyonu ve hastalığa yatkınlığı nasıl etkileyebileceğine dair ayrıntılı bir açıklama sağlıyor ve ayrıca tedavi hedefleri için bazı ilginç olasılıklar sunuyor.

Unutmaz, “Otoimmün hastalıklarda, hastalığa neden olan tek bir varyant yoktur” diyor. “Bir vuruş, bir vuruş daha ve bir vuruş daha vardır ve bunlar çevresel faktörlerle birleşerek hastalığa yatkınlığı artırır. Ancak bu varyantların riske nasıl katkıda bulunduğunu öğrenirsek, dengesizlikleri gidermek ve bu hastalıkları önlemek veya tedavi etmek için küçük moleküllü veya hatta genetik tedaviler geliştirmek için bir yol açabiliriz.”

Daha fazla bilgi Babraham Enstitüsü’nün basın bülteninde mevcuttur.