Ποια είναι η σημασία των αποτελεσμάτων αυτής της έρευνας; Όλα τα κύτταρα στον οργανισμό μας έχουν το ίδιο γένωμα κωδικοποιημένο σε DNA. Όμως όλα τα κύτταρα του οργανισμού μας δεν είναι όμοια: ένα νευρικό κύτταρο, για παράδειγμα, είναι διαφορετικό από ένα κύτταρο του αίματος ή ένα μυϊκό κύτταρο. Η διαφορά εντοπίζεται στο γεγονός οτί κάθε τύπος κυττάρου έχει τη δυνατότητα να υιο9ετήσει διαφορετικό γενετικό πρόγραμμα, ενεργοποιώντας ή καταστέλωντας συγκεκριμένα γονίδια στα διάφορα στάδια της εμβρυϊκής ανάπτυξης και της ενηλικίωσης. Οι ερευνητές περιγράφουν αυτό το φαινόμενο με συγκερκιμένο τρόπο: λένε οτί κάθε κύτταρο «εκφράζει» διαφορετικά γονίδια. Η έρευνα που περιγράφεται εδώ, για πρώτη φορά, ταυτοποιεί το «προφίλ έκφρασης» του ανθρώπινου χρωμοσώματος 21, που με άλλα λόγια είναι ο χάρτης που περιγράφει σε ποια εμβρυϊκά στάδια και σε ποιούς ιστούς δρουν τα γονίδια του χρωμοσώματος 21. Το αποτέλεσμα είναι ισοδύναμο με ένα άτλα ανατομίας, οπότε είναι δυνατό να κατανοήσουμε που (= σε ποιό ιστό) και πότε (= σε ποιό στάδιο της ανάπτυξης) τα γονίδια του χρωμοσώματος 21 εκφράζονται. Γιατί χρειαζόμαστε ένα χάρτη γονιδιακής έκφρασης; Η γνώση οτί ένα γονίδιο εκφράζεται σε έ συγκεκριμένο αναπτυξιακό στάδιο, σε ένα συγλεκριμένο ιστό πιθανώς σημαίνει οτί αυτό το γονίδιο έχει σημαντικό ρόλο στην ρύθμιση της ανάπτυξης ή στη λειτουργία αυτού του ιστού ή οργάνου. Το ίδιο ισχύει και για παθολογικές καταστάσεις: αν έναγονίδιο εκφράζεται διαφορετικά σε ένα παθολογικό κύτταρο σε σχέση με ένα υγιές, αυτό σημαίνει ότι το ίδιο γονίδιο μπορεί να έχει συμμετοχή στην εκδήλωση της ασθένειας. Η παρούσα μελέτη προσφέρει σημαντικές πληροφορίες για το ποιά γονίδια του χρωμοσώματος 21 μπορεί να είναι σημαντικά για τη σωστή ανάπτυξη των διαφόρων οργάνων. Γιατί έγινε η μελέτη συγκεκριμένα στο χρωμόσωμα 21; Ο άνθρωπος έχει 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων, αριθμημένα κατα προσέγγση απο το μεγαλύτερο στο μικρότερο. Επομένως το χρωμόσωμα 21 είναι ένα απο τα μικρότερα – περιέχει περίπου 200 γονίδια – αλλά η μελέτη του είναι πολύ σημαντική για την έρευνα στο σύνδρομο Down και σε πολλές άλλες γενετικές ασθένειες. Το σύνδρομο Down προκαλείται από την παρουσία ενός τρίτου αντιγράφου του χρωμοσώματος 21 στα κύτταρα ενός ανθρώπου (αντί για δυό αντίγραφα που είναι το φυσιολογικό). Από τα περίπου 200 γονίδια που βρίσκονται στο χρωμόσωμα 21 τουλάχιστον 30 συμμετέχουν σε ίσο αριθμό ασθενειών, όπως μία μορφή επιληηψίας, ομοκυστινουρία, μια μορφή μυοπάθειας, αιμολυτική αναιμία, ασθένειες των αιμοπεταλίων, μια μορφή πλάγιας νευρολογικής σκλήρυνσης, μία μορφή καρδιοπάθειας, τουλαχιστον δύο μορφές κώφωσης, και δύο μορφές καταράκτη. Επιπλέον, το γονίδιο APP, που βρίσκεται στο χρωμόσωμα 21, σχετίζεται με τη νόσο του Alzheimer. Ποιά είναι η διαφορά μεταξύ του άτλαντα έκφρασης και του χάρτη του ανθρώπινου γενώματος που δημοσιεύτηκε πέρυσι (2001); Ο χάρτης του γενώματος είναι η αλληλουχία των «γραμμάτων» του DNA που αποτελεί το γένωμα. Σε αυτή τη μελέτη οι ερευνητές μπορούν να βρουν ποιά και πόσα γονίδια κάθε χρωμόσωμα περιέχει και το είδος της πρωτεϊνης που παράγουν. Όμως ο χάρτης του γενώματος δεν δίνει πληροφορίες για ποιό απο τα γονίδια δρα στους διαφορους ανθρώπινους ιστούς, στα διάφορα αναπτυξιακά στάδια ή στις παθολογικές καταστάσεις. Αυτού του είδους η πληροφορία υπάρχει στους χάρτες έκφρασης των γονιδίων: χάρι σε αυτούς αυτούς τους χάρτες γνωρίζουμε ποιά γονίδια είναι σημαντικά για τη διαμόρφωση ενός συγκεκριμένου ιστού ή οργάνου. Επιπλέον, μας βοηθάνε στην αναγνώριση γονιδίων που εκφράζονται διαφορετικά στους υγιείς απο ότι στους παθολογικούς ιστούς. Οι χάρτες γενώματος περιγράφουν τα χαρακτηριστικά του DNA, ενώ οι χάρτες έκφρασης περιγράφουν το RNA, ένα μόριο παρόμοιο με το DNA που παράγεται μόνο από ενεργά γονίδια. Κάθε ενεργό γονίδιο παράγει ένα διαφορετικό τύπο RNA: η ανάλυση της παρουσίας κάθε τύπου RNA μας λέει αν το συγκεκριμένο γονίδιο είναι ενεργό (= εκφράζεται) ή ανενεργό (= δεν εκφράζεται). Το ποσό του RNA που βρίσκεται σε κάθε ιστό δείχνει το βαθμό έκφρασης του συγκεκριμένου γονιδίου. Είναι δυνατό να δούμε ένα παράδειγμα αυτών των πειραμάτων; Οι παρακάτω εικόνες, που έχουν παρθεί από τη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, δείχνουν μερικά παραδείγματα του άτλαντα έκφρασης. Εικ. 1: Η σκουρόχρώμη μάζα στο κέντρο της εικόνας (από χαμηλής διακριτικότητας μικροσκόπιο) είναι η καρδιά ενός ποντικιού, κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη, στην οποία «σημανθηκε» η παρουσία ένος γονίδιο του χρωμοσώματος 21, το οποίο ονομάζεται SH3BGR. Το έντονο σκούρο χρώμα δείχνει οτί αυτό το γονίδιο έχει πολύ δυνατή έκφραση στην καρδιά αλλά δεν εκφράζεται σε παρακείμενους ιστούς. Από αυτό το πείραμα συμπεραίνουμε οτί το γονίδιο αυτό μπορεί να έχει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της καρδιάς. Εικ. 2: Στην εικόνα αυτή, η ίδια καρδιά με την εικόνα 1 (η σκουρόχρωμη μάζα εδώ καταλαμβάνει σχεδόν όλη την εικόνα) σε μικροσκόπιο μεγαλης διακριτικότητας. Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατο να δούμε οτί η έκφραση τού ίδιου γονιδίου (SH3BGR) είναι περιορισμένη στους δύο κόλπους και στις δύο κοιλίες αλλά όχι στην αορτή. Τι είναι το σύνδρομο Down; Το σύνδρομο Down είναι το πιο συχνό γενετικό αίτιο πνευματικής καθυστέρησης, με συχνότητα 1 στις 700 γεννήσεις. Είναι γνωστη και σαν «τρισωμία 21», επειδή προκαλείται λόγω της παρουσίας 3 αντιγράφων του χρωμοσώματος 21, αντί για 2. Τα συμπτώματα του συνδρόμου Down είναι πολύπλοκα και περιλαμβάνουν πολλά όργανα: τα πιο συχνά χαρακτηριστικά είναι η πνευματική καθυστέρηση, χαμηλο ύψος, κοντά άκρα, χαρακτηριστικό σχήμα οφθαλμικών σχισμών, χχχ γλώσσα, καρδικές ανωμαλίες (παρούσες σε 40% των ασθενών), υψηλή συχνότητα λευχαιμίας και ανωμαλίες στο ανοσοποιητικό σύστημα. Προς το παρόν, δεν υπάρχει πλήρης θεραπεία για το σύνδρομο αυτό. Οι θεραπευτικές αγωγές, παρόλο που είναι σημαντικές, μπορούν μόνο να διαγνώσουν και να διορθώσουν μερικά από τα συμπτώματα όπως οι καρδιακές ανωμαλίες. Οι περισσότερες αγωγές σκοπεύουν στην αρμονική ανάπτυξη και σωστή μορφωτική, κοινωνική και επαγγελματική εκπαίδευση των ασθενών με Down. Ποια είναι η σημασία αυτής της μελέτης για την έρευνα του συνδρόμου Down και άλλων ασθενειών που σχετίζονται με το χρωμόσωμα 21; Το σύνδρομο Down προκαλείται απο την παρουσία ενός τρίτου αντίγραφου του χρωμοσώματος 21 (αντί για 2). Με άλλα λόγια οι ασθενείς με σύνδρομο Down έχουν ένα παραπάνω αντίγραφο από κάθε γονίδιο που βρίσκεται στο χρωμόσωμα 21. Παρόλαυτά ακόμα δεν είναι γνωστό ποια γονίδια και με ποιο τρόπο ακριβώς είναι υπεύθυνα για τα συμπτώματα της ασθένειας, Ο χάρτης έκφρασης είναι ένα σημαντικό εργαλείο για τη σύνδεση της έκφρασης των γονιδίων με τα διάφορα συμπτώματα του συνδρόμου Down. Για παράδειγμα, βρέθηκε οτί μερικά γονίδια εκφράζονται στην καρδιά κατα τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης (βλέπε εικόνες 1 και 2): επομένως αυτά τα γονίδια μπορει να παίζουν ρόλο στις καρδιακές ανωμαλίες σε ασθενείς με Down. Με την ίδια λογική, μερικά γονίδια που εκφράζονται στα άκρα των εμβρύων μπορεί να σχετίζονται με τις ανωμαλίες στα χέρια και πόδια, τυπικές για το σύνδρομο αυτό. Τέλος, μια ομάδα γονιδίων εκφράζεται στον εγκέφαλο και επομένως μπορεί να σχετίζεται με την πνευματική καθυστέρηση. Όπως έχει ήδη ειπωθεί το χρωμόσωμα 21 περιέχει τουλαχιστον 30 γονίδια που ευθύνονται για γενετικές νόσους διαφορετικές απο το σύνδρομο Down. Ο χάρτης έκφρασης μπορεί να μας προσφέρει συγκεκριμένα μοντέλα με βαση με τα οποία τα γονίδια αυτά σχετίζονται με τις ασθένειες, κατι που προς το παρον δεν γνωρίζουμε καλα. Προσφέρει η παρούσα μελέτη πρακτικές εφαρμογές για θεραπεία η διάγνωση του συνδρόμου Down ή αλλων ασθενειών; Είναι απαραίτητο να γίνει κατανοητό οτί αυτή η μελέτη είναι προϊόν βασικής έρευνας από την οποία δεν προκύπτουν άμεσες εφαρμογές στην αντιμετώπιση των ασθενειών που συζητήθηκαν. Η μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στο έγκυρο περιοδικό Nature (http://www.nature.com/nature) θα βοηθήσει σε πολύ μεγάλο βαθμό την κατανόηση του ρόλου που διαδραματίζουν τα διάφορα γονίδια στο χρωμόσωμα 21 στα συμπτώματα του συνδρόμου Down. Η εύρεση του τόπου και χρόνου δράσης των γονιδίων αυτών δεν σημαίνει οτί βρέθηκε θεραπεία για την ασθένεια και δυστυχώς η οριστική λυση του προβλήματος είναι ακόμα μακριά. Παρόλαυτά η μελέτη αποτελεί σημαντική πρόοδο στην έρευνα πάνω στο σύνδρομο Down και τυις άλλες ασθένειες του χρωμόσωματος 21. Για πολλά χρονια η έρευνα βρισκόταν στο σκοτάδι: τώρα χαρι στα αποτελέσματα της χαρτογράφησης του γενώματος και του χάρτη έκφρασης των γονιδίων, οι ερευνητές έχουν ένα οδηγό στα χέρια τους για την καλύτερη κατανόηση της γενετικής βασης του συνδρόμου Down και των άλλων ασθενειών που σχετίζονται με το χρωμόσωμα 21.