Forskere skrur av Downs-kromosomet

I et forsøk har forskere klart å hemme den tredje kopien av kromosom 21, som gir Downs syndrom.

Publisert

Kromosomer

Kromosomer finner vi i cellekjernen, og det er her vi finner arvestoffet (DNA)

Når en celle deles, kommer trådformede organeller til syne. Dette er kromosomer som inneholder arvestoffet deoksyribonukleinsyre, eller DNA som det forkortes, bundet til protein.

Hvert enkelt kromosom består av et opp til flere centimeter langt DNA-molekyl. Fem ulike basiske proteiner (histon) pakker DNA i små knuter som kalles nukleosomer. Dette er grunnenheten i kromosomet.

Hver art har sitt bestemte antall kromosomer, som er det samme i alle celler i individet (som oftest med unntak av kjønnscellene) og hos alle individer innen arten. Kroppscellene hos mennesket har 46 kromosomer.

Diploide celler har to sett med kromosomer, hvor to kromosomer som utgjør et kromosompar kalles homologe kromosomer.

Haploide celler (som kjønncellene hos mennesket) har ett sett med kromosomer.

Avvik i kromosomtall kan føre til alvorlige utviklingsforstyrrelser eller manglende levedyktighet. Kreftceller har som regel avvikende kromosomtall.

DNA-molekyler som utgjør arveanleggene hos bakterier og virus kalles også kromosomer.

Kilde: forskning.no om kromosomer

RNA

RNA er en type molekyler som er svært like vårt arvestoff – DNA.

RNAer har viktige roller i cellene våre. De fungerer ofte som katalysatorer eller enzymer, og er sentrale i prosessen med å lage proteiner.

Kilde: forskning.no om RNA

Downs syndrom er en medfødt utviklingshemming som skyldes at man har en tredje, ekstra kopi av kromosom 21.

Kromosomene ligger inne i cellekjernen, og utgjør arvestoffet vårt. Hvert enkelt kromosom består av et langt DNA-molekyl, og kroppscellene hos mennesker har 46 kromosomer som sitter sammen i par.

Personer med Downs syndrom har, med den ekstra kopien, 47 kromosomer.

Kromosomene til en person med Downs syndrom. Se de tre kopiene av kromosom 21, markert med rødt. Personer uten Downs syndrom har bare to slike. (Foto: (Bilde: U.S. Department of Energy Human Genome Program))
Kromosomene til en person med Downs syndrom. Se de tre kopiene av kromosom 21, markert med rødt. Personer uten Downs syndrom har bare to slike. (Foto: (Bilde: U.S. Department of Energy Human Genome Program))

Forskere fra University of Massachusetts Medical School, som denne uka publiserer forskningen sin i tidsskriftet Nature, klarte å skru av den ekstra kopien i stamceller hentet fra et menneske med Downs syndrom.

I artikkelen sin om funnene, skriver de at dette kan være det første skrittet i retning av å behandle Downs syndrom.

Dette blir å dra konklusjonene fra forsøket for langt, mener seksjonsoverlege for Senter for medisinsk genetikk på Haukeland universitetssykehus, Gunnar Houge.

Flere innvendinger

Houge er også professor ved Klinisk institutt på Universitetet i Bergen. Han forsker blant annet på syndromer.

Han innvender at å behandle Downs syndrom på måten forskerne nå har prøvd ut i celler på et laboratorium, ville kreve metoder som vi foreløpig ikke behersker. Det er også et spørsmål om når i et menneskes utvikling behandlingen eventuelt skulle begynne.

Med Down syndrom oppstår misdannelsene i løpet av fosterlivet - mye skjer til og med før moren erkjenner graviditeten. Derfor er det vanskelig å se hvordan man skulle behandle det på et slikt tidspunkt, mener Houge.

- Men la oss si at man hadde klart å slå ut genene på den tredje kopien av kromosom 21 hos et barn som var født. Man måtte ha gjort det i hjernen, for det er der det ville bety noe. 

- Å få til noe slikt i hjernen er man ikke i nærheten av enda. Det man hittil har lykkes best med innenfor genterapien, er å manipulere gener hos pasienter med for eksempel muskelsykdommer, sier Houge.

Etterlignet naturlig av-knapp

Til kromosom-eksperimentet har forskerne hentet inspirasjon fra en prosess som skjer naturlig i kroppen hos de aller fleste mennesker av hunnkjønn.

Normalt får alle barn kjønnskromosomer fra mor og far – gutter får et Y-kromosom fra far og et X-kromosom fra mor, mens jenter får et X-kromosom fra hver av foreldrene. For å hindre at jenter får dobbelt opp med X-kromosomgener, kommer RNA-genet XIST på banen og hemmer det ene av dem. Se faktaboks om RNA.

De små nukleotidmolekylene A, T, C og G settes sammen til basepar, som blir til DNA. DNAet finner vi i kromosomene, som er å finne i cellekjernen til alle cellene i kroppen din. (Foto: (Bilde: KES47/Wikimedia Commons/forskning.no))
De små nukleotidmolekylene A, T, C og G settes sammen til basepar, som blir til DNA. DNAet finner vi i kromosomene, som er å finne i cellekjernen til alle cellene i kroppen din. (Foto: (Bilde: KES47/Wikimedia Commons/forskning.no))

Forskerne brukte et enzym til å lure inn XIST i stamceller hentet ut fra en person med Downs syndrom. Det som da skjedde var at XIST la seg utenpå den tredje kopien av kromosom 21, og stilnet genene.

En sammenligning med celler uten XIST, tyder på at XIST bidro til å korrigere mønstrene for vekst og utvikling av cellene som oppstår hos en person med Downs syndrom, ifølge et sammendrag av artikkelen.

Resultatene kan brukes til å undersøke hvilke celle- og molekylforandringer som skjer hos et menneske med Downs syndrom, mener forskerne. Det er Gunnar Houge enig i.

- Min umiddelbare reaksjon er at eksperimentet er elegant gjort. Det er gjort på stamceller, og disse kan fungere godt som en modell for å skjønne hvilke gener som er involvert i syndromet.

Ubesvarte spørsmål

Det er flere ubesvarte spørsmål om Downs syndrom. Blant annet lurer man på hva det er som gjør personer med dette syndromet sårbare for hjertefeil og spesifikke misdannelser.

Man vet ikke engang hvorfor det å ha tre kopier av et normalt kromosom nummer 21 skal gi noe utslag i det hele tatt.

- Man vet at for de fleste gener er det uten stor betydning om du har en, to eller tre kopier av et normalt gen - det viktigste er at du har én normal kopi.

- Men for noen gener er dette med dose helt kritisk, og det gjelder særlig gener som regulerer hvordan andre gener blir avlest, sier Houge.

Illustrasjonen (på engelsk) viser kromosomet som er dannet av det spiralformede DNA-molekylet. Et gen er en bit av DNA-et som bestemmer hvilke egenskaper du har, ved at de lager proteinkombinasjoner som gir deg nøyaktig den egenskapen. (Foto: (Illustrasjon: National Human Genome Research Institute))
Illustrasjonen (på engelsk) viser kromosomet som er dannet av det spiralformede DNA-molekylet. Et gen er en bit av DNA-et som bestemmer hvilke egenskaper du har, ved at de lager proteinkombinasjoner som gir deg nøyaktig den egenskapen. (Foto: (Illustrasjon: National Human Genome Research Institute))

Følger for hele genomet?

Når man har en ekstra kopi av et kromosom, kalles det trisomi. I tilfellet Downs syndrom kalles det trisomi 21, navngitt av kromosomet som har en ekstra kopi. Kromosom 21 er vårt minste kromosom.

En ting forskningen har vist, er at trisomi 21 gir større utslag på genuttrykket fra resten av genomet, enn på den delen av genomet som kromosom 21 utgjør. Det reiser igjen spørsmål om hva det egentlig skjer i genene når en person får Downs syndrom.

- Det er tydelig at det som skjer ett sted i genomet, kan trekke i tråder som kan gi store utslag et helt annet sted i genomet.

Det kan være at den tredje kopien av kromosom 21 – trisomien – gir et barn Down syndrom bare fordi vedkommende får et tredje sett med kromosom 21-gener. Men kanskje medfører det ekstra kromosomet også en overordnet strukturell effekt på hele genomet.

- Sånn sett kan denne studien være nyttig for å finne ut hvilke tråder som trekker hvor, sier Houge.

Kan bidra til nye gen-svar

Noe annet som forskerne spør seg, er hvilke gener i den kritiske regionen på kromosom 21 som betyr mest for Downs syndrom.

- Dersom visse gener viser seg å være helt avgjørende for ulike aspekter av syndromet, kan det jo tenkes at man i fremtiden kan påvirke dette med behandling som modifiserer genutrykket, sier Houge.

Det er ikke så mange gener på kromosom 21, men det finnes holdepunkter for at genet DYRK1A, som sitter i den mest kritiske regionen for syndromet, spiller en viktig rolle.

- Sånn sett er den nye studien viktig for å finne ut hvilke gener som er kritiske for Down syndrom, sier Houge til forskning.no.

På forsiden: Fargemanipulert bilde av kromosomer. (Kilde: Webridge/ Wikimedia Commons) 

Referanse:

J. B. Lawrence et.al. Translating dosage compensation to trisomy 21. Nature, 18.juli 2013.