Исследователи из Северо-Западного университета (Northwestern University) использовали инновационную технологию редактирования генов, чтобы идентифицировать гены, способные привести к развитию болезни Паркинсона при контакте с широко используемом гербицидом паракватом.
Новое исследование, в котором применялась технология CRISPR-Cas9, доказало принципиальную возможность использования генетических тестов для изучения биологии оксидативного стресса. Об этом рассказал старший автор новой работы Навдип Чандел (Navdeep Chandel), профессор медицины из отделения пульмонологии и интенсивной терапии Медицинской школы Фейнберга (Feinberg School of Medicine) Северо-западного университета.
Использование параквата, вызывающего гибель клеток через оксидативный стресс, ограничено в США и запрещено в Европейском союзе. Однако в Азии и в странах третьего мира этот гербицид по-прежнему широко применяется. Увеличение же концентрации параквата в организме может привести к фиброзу лёгких и даже к смерти. А в работе, проведённой в 2011 г., было показано, что контакт с паракватом во время работы связан с увеличением риска развития болезни Паркинсона. Это исследование вновь возбудило интерес к гербициду и его влиянию на человеческий организм.
«Паракват — источник множества оксидантов. Эти дофаминэргические нейроны в силу естественных причин особенно уязвимы к урону такого рода», — рассказывает Чандел.
Однако механизм, при помощи которого паракват стимулирует синтез оксидантов, был неизвестен — до сих пор.
Чандел и его коллеги при помощи технологии CRISPR-Cas9 вырастили несколько тысяч практически идентичных клеток, в каждой из которых был «выключен» какой-либо один ген. От клетки к клетке «выключенный» ген менялся.
«Мы полагали, что дело в каком-то метаболическом белке, активируемом паракватом и таким образом синтезирующем оксиданты, — поясняет Чандел. — Поэтому мы сконцентрировались на 3 тыс. генов, кодирующих такие белки».
Затем клеточная культура была обработана паракватом. Большая часть клеток погибла, но не все. Некоторые клетки оказались резистентны к параквату. Исследователям удалось идентифицировать гены, «выключение» которых привело к увеличению устойчивости к химикату. Ими оказались гены POR, ATP7A и SLC45A4. POR, белок эндоплазматического ретикулума, был назван основным источником окисления, причиняющим ущерб.
По словам Чандела, выделение этих генов может помочь в выявлении людей, особо чувствительных к параквату. «Люди с определёнными генетическими мутациями могут обладать большим числом копий этого гена. Они будут крайне восприимчивы к параквату, например, при работе на ферме», — поясняет учёный.
Изучение оксидативного стресса может принести свои плоды в будущем. По мнению Чандела, благодаря работе в этом направлении через некоторое время в распоряжении врачей могут появиться препараты, вызывающие такой стресс в раковых клетках и убивающие их. Некоторые средства с таким механизмом действия уже существуют, но о сигнальных путях, используемых этими препаратами, известно слишком мало, чтобы учёные могли синтезировать новые «окислительные» соединения.
«Биология оксидативного стресса всё ещё остаётся загадкой, — говорит Чандел. — И технология CRISPR может быть способом её разгадать».
Исследование опубликовано в издании Nature Chemical Biology.
