Kontroll av transkriptionell stabilitet är avgörande för identitet och funktion i serotonerga och dopaminerga nervceller
Vid Parkinsons sjukdom minskar halterna av signalsubstansen dopamin på grund av att en specifik nervcellstyp i mitthjärnan som producerar dopamin degenererar och dör. Bristen på dopamin i målområdet får till följd att patienten drabbas av progressiv försämring av motoriska funktioner. Trots intensiva forskningsinsatser så är den underliggande orsaken till de dopaminerga nervcellernas död inte klarlagd. Dessutom är den absoluta majoriteten av fallen av Parkinsons sjukdom sporadiska, det vill säga det finns ingen tydlig enskild mutation/orsak som driver sjukdomen, varför det är viktigt att förstå om störningar i genregleringen kan vara en bidragande faktor. Läs mer i denna artikel av Johan Holmberg, professor vid Institutionen för molekylärbiologi, Umeå universitet.
När vi föds har våra nervceller redan bildats och specialiserat sig till de olika typer av nervceller som finns i den mänskliga hjärnan. Intensiv forskning har givit en tämligen god insikt i hur det går till när cellerna går från stamceller till specialiserade och mogna nervceller som inte längre har kvar förmågan till celldelning eller till att ge upphov till andra celltyper. Den här processen kallas för differentiering och är till stor del styrd av olika genprogram som slås på eller av vid rätt tidpunkt. Trots att man känner till en hel del om dessa genprogram så är kunskapen om vad som bibehåller nervcellens identitet över tidsperioder som sträcker sig över hela våra liv rudimentär. Förutom att vissa genprogram måste vara påslagna så måste även gener som reglerar andra celltyper vara permanent tystade för att cellens identitet skall vara intakt. Vår forskning har inriktat sig på just tystandet av genprogram (genrepression) som styr andra celltyper eller egenskaper hos stamceller.
En mekanism för att bibehålla redan etablerade mönster av genuttryck som byggde på genrepression upptäcktes på sjuttiotalet i bananfluga (Drososphila melanogaster). Mekanismen är beroende av ett proteinkomplex som i däggdjur kallas för Polycomb repressor complex 2 (PRC2). Ett av de proteiner som är nödvändiga för att proteinkomplexet skall fungera förkortas med EED och kodas av genen med samma namn, Eed. För att undersöka om permanent tystande av gener i differentierade dopaminceller är beroende av just PRC2 och ifall detta tystande är av avgörande betydelse för cellernas dopaminerga identitet så skapade vi en musmutant vari genen Eed är bortklippt just i dessa celler.
TYSTADE GENER MINSKADE MÄNGDEN DOPAMIN
Tystandet av gener via PRC2 är kopplat till dess kapacitet att etablera kemiska modifieringar, kallade H3K27me3, längs med DNA-kedjan. Höga nivåer av H3K27me3 vid början av gen minskar sannolikheten att genen skall uttryckas. När vi genom att tagit bort Eed lyckats inaktivera PRC2-komplexets förmåga att bibehålla nivåerna av H3K27me3 i dopamincellerna så hände till att börja med inte mycket. Efter fyra månader fanns ungefär en tredjedel av H3K27me3- modifieringen kvar och endast ett litet antal tidigare tystade gener hade slagits på men varken cellernas identitet eller funktion var påverkade. När vi analyserade dopamincellerna efter åtta månader var effekten tydligare. Dels kunde vi se att all H3K- 27me3 försvunnit, dels var nu flera hundra gener reaktiverade men vi kunde också se att ett betydande antal gener hade nedreglerats väsentligt. Just detta var något förvånande då vi tar bort en slags broms från ett antal tysta gener som då blir reaktiverade och uttrycks i högre nivåer men samtidigt bromsas uttrycket av ett antal andra gener ned. När vi tittade närmare på vilka gener det var som nedreglerats i dopamincellerna hos Eed-mutanterna så såg vi att många av dessa gener är viktiga för dopamincellers identitet och funktion. Som exempel kan nämnas transkriptionsfaktorn Engrailed 1 samt Th som kodar för tyrosin hydroxylas (TH), ett enzym som är avgörande för produktionen av dopamin. När vi sedan färgade med antikroppar för TH både i mitthjärnan där dopamincellernas cellkroppar befinner sig och deras målområde i striatum så var det tydligt att proteinnivåerna sjunkit avsevärt [Figur 1]. Vi följde upp detta med att mäta nivåerna av dopamin i båda dessa områden, vilket tydligt visade kraftigt reducerade nivåer av dopamin och associerade metaboliter i musmutanter som saknade EED. Vi analyserade även dopamincellerna med avseende på elektrofysiologiska parametrar och det var tydligt att dopamincellerna hos mutanterna skiljde sig från dopaminceller hos möss vari Eed-genen var intakt (så kallade vildtypsmöss).
