Причины распространенных врожденных дефектов

Недавние исследования выявили решающую роль метилирования ДНК в черепно-лицевом развитии, открывая путь к предотвращению расщелины губы и неба путем понимания воздействия окружающей среды на генетическую экспрессию.

Расщелина губы и неба — наиболее распространенные черепно-лицевые врожденные дефекты у человека, ежегодно поражающие более 175 000 новорожденных во всем мире. Тем не менее, несмотря на десятилетия исследований, до сих пор неизвестно, что вызывает большинство случаев или что можно сделать, чтобы их предотвратить. Но недавнее исследование Школы ветеринарной медицины Университета Висконсина (SVM) выявило новую информацию об орофациальном развитии мышей, которая, по мнению исследователей, однажды может помочь снизить риск этих врожденных дефектов у людей.

Метилирование ДНК и черепно-лицевое развитие

Опубликованное на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), исследование представляет собой первое прямое доказательство того, что механизм, называемый метилированием ДНК, необходим для черепно-лицевого развития. Метилирование ДНК — это процесс, при котором к ДНК добавляется группа молекул, которые изменяют экспрессию генов, фактически не изменяя последовательность ДНК. На это также влияют различные факторы окружающей среды. Исследователи обнаружили, что нарушение метилирования ДНК мешает развитию губы и неба и вызывает врожденные дефекты у мышей.

Исследование, проведенное под руководством Роберта Липински, доцента кафедры сравнительных биологических наук Школы ветеринарной медицины Университета Вашингтона, является важным шагом на пути к разработке профилактических стратегий, которые однажды смогут снизить риск возникновения расщелин губы и неба, известных под общим названием орофациальные расщелины (OFC) как у животных, так и у человека.

Влияние окружающей среды на орофациальные расщелины

• «Из прошлых исследований мы знали, что генетика и окружающая среда взаимодействуют, вызывая подобные врожденные дефекты, но наше понимание компонента окружающей среды сильно отставало от генетического». — говорит Липински.
• «В отличие от генетики, у нас нет постоянных данных о пренатальной среде, которые можно было бы изучить ретроспективно, но связь OFC с метилированием ДНК помогает сузить наше внимание на конкретные воздействия окружающей среды, которые изменяют риск возникновения этих типов врожденных дефектов».

Работа его команды подтвердила важную роль метилирования ДНК в регуляции орофациального развития во время эмбрионального развития и продемонстрировала, как нарушения этого процесса изменяют способность стволовых клеток формировать соединительную ткань черепно-лицевых костей и хрящей, что приводит к образованию ОФК.

Липински и его команда пришли к этим результатам, сначала генетически манипулируя метилированием ДНК в двух отдельных группах мышиных эмбрионов. Эксперименты привели к, казалось бы, противоречивым результатам: OFC развивались у одной группы мышей, но не у другой. Чтобы понять, почему между группами существует разница, команда провела еще один раунд экспериментов, в которых они ингибировали метилирование ДНК в эмбрионах мышей на разных стадиях развития. Время, когда происходит метилирование ДНК, имеет решающее значение для развития орофациальных расщелин.

Они обнаружили, что воздействие на 10-й день беременности привело к образованию OFC, но введение того же ингибитора всего через 48 часов привело к нормальному развитию рото-лицевой области.

Сужение исследовательского фокуса

По словам Липински, выявление этого узкого окна гестационной чувствительности важно, потому что оно не только помогает сузить фокус следующего этапа исследований его команды, но также поможет разработать будущие инициативы в области государственного образования, когда снова станет известно о поддающихся изменению экологических и поведенческих рисках. Факторы, влияющие на риск ОФК у людей. 10- й день беременности у эмбрионов мышей соответствует началу 5 -й недели эмбрионального развития человека – стадии, на которой многие беременности еще не могут быть распознаны.

• «Мы знаем, что на метилирование ДНК могут влиять различные факторы окружающей среды, включая материнский стресс, диету и воздействие лекарств, токсинов и загрязнителей окружающей среды, и лучшее понимание того, как орофациальное развитие регулируется экологически чувствительными механизмами, может напрямую влиять на врожденный дефект стратегии профилактики», — говорит он.
• «Следующий этап исследований нашей команды направлен на выявление конкретных факторов, которые влияют на метилирование ДНК во время орофациального развития и, следовательно, могут изменить риск OFC».

Продвижение исследований с помощью новых моделей

Липински и его команда имеют уникальные возможности для продолжения следующего этапа исследований благодаря еще одному важному результату исследования: новой модели in vitro, которую разработала команда. Модель позволит им быстро проверить тысячи факторов питания и окружающей среды в лабораторной чашке, прежде чем проверять влияние конкретных факторов на восприимчивость к расщелине на моделях мышей.

Результаты клеточных и животных моделей помогут исследователям более быстро и точно определить факторы, которые могут иметь последствия для развития человека.

Влияние орофациальных расщелин

Орофациальные расщелины верхней губы и неба поражают примерно 1 из 700 новорожденных, а люди с OFC сталкиваются с трудностями при кормлении в младенчестве, которые требуют многочисленных операций, стоматологических процедур и логопеда в детстве и подростковом возрасте. Исследования показали более высокий уровень смертности на всех этапах жизни у людей с ОФК.