Zum ersten Mal kann die winzige Fruchtfliege verwendet, um zu untersuchen, wie Mutationen, die mit der Entwicklung von Diabetes beeinträchtigt die Produktion und Sekretion des vitalen Hormon Insulin ist.
Der Fortschritt ist auf eine neue Technik, die von den Forschern an der Stanford University School of Medicine , dass die Wissenschaftler den Insulinspiegel in den Insekten mit extrem hoher Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit zu messen entwickelt .
Das experimentelle Modell ist wahrscheinlich, auf dem Gebiet der Diabetes-Forschung , indem die atemberaubende Kraft der Taufliege Genetik, über 100 Jahren Forschung geschliffen, um auf dem verheerenden Erkrankung, die Millionen von Amerikanern betrifft tragen zu verwandeln. Bislang mussten die Wissenschaftler wollen , um die Wirkung von spezifischen Mutationen auf Insulin zu studieren, um den mühsamen , langwierige und teure Gentechnik von Mäusen oder anderen Säugern zu verlassen.
Im Gegensatz dazu winzige , kurzlebige Fruchtfliegen können in schwindelerregende Kombinationen durch die Zehntausende in nur Tage oder Wochen in kleinen Flaschen auf einem Labortisch gezüchtet werden.
"Ich in der Regel zu vermeiden den Begriff , aber ich denke, Dr. Park neue Technik ist ein echter Durchbruch ", sagte Seung Kim , MD, PhD , Professor für Entwicklungsbiologie. " Nur in ausgewählten Säugetieren können die Forscher messen, Insulin mit diesem Maß an Sensibilität . "
Kim, der auch ein Howard Hughes Medical Institute Investigator ist der leitende Autor des Papiers die Forschung zu beschreiben . Wissenschaftlicher Mitarbeiter Sangbin Park , PhD, ist der Hauptautor des Papiers , das in PLoS Genetics veröffentlicht wurde.
Die Macht einer kleinen Modellsystem
Insulin ist ein altes Molekül von fast allen Tieren verwendet werden, um den Stoffwechsel , Wachstum und Entwicklung regulieren. Diabetes bei Menschen auftritt, wenn Insulin - bildenden Zellen in der Bauchspeicheldrüse nicht, das Hormon oder bei anderen Zellen in dem Körper wachsen beständig gegen ihre Wirkungen entfaltet . Im Jahr 2002 wurde Kim, seine Laborteam und Kollegen der Stanford Forscher entdeckten, dass Fruchtfliegen entwickeln Diabetes -ähnlichen Zustand, wenn die Insulin-produzierenden Zellen zerstört werden.
"Studien von Diabetes bei Fruchtfliegen sind ein relativ neues Forschungsgebiet ", sagte Carl Thümmel , PhD, Professor für Humangenetik an der Universität von Utah School of Medicine. Thummel verwendet das Insekt, um den Energiestoffwechsel und Stoffwechselstörungen zu untersuchen.
" Unnötig zu sagen, sind Fruchtfliegen sehr klein und nur winzige Mengen Blut aus ihrem Körper herausgezogen werden ", sagte er . "Unsere Unfähigkeit, die Mengen an zirkulierenden Insulins zu messen ist ein großer Nachteil in diesem Bereich. Die von Dr. Kims Gruppe entwickelte Technik wird es den Forschern ermöglichen , um schnell die Wirkung von Diabetes-Risikofaktorenzu testen, und stellt Fruchtfliegen als ein wirksames Instrument für Studien von Diabetes. "
Entwickelt von Park , verwendet die neue Technik eine chemische Markierung , ein Insulin-like Peptid namens Ilp2 in Fruchtfliegen zu kennzeichnen. Das Tag ermöglicht es den Forschern , einen Antikörper -basierten Assay verwenden, um Insulin- Konzentrationen im Blut der Insekten und Zellen am picomolar Ebene zu messen - die Ebene, auf der die Insulinkonzentrationenbeim Menschen gemessen.
Mit der Technik konnten die Forscher in der Lage, schnell zu erkennen , was eine Mutation mit Typ - 2-Diabetes bei Menschen tatsächlich verbunden tut : Es reguliert Insulinsekretion , aber nicht die Produktion .
Das Verständnis der Auswirkungen der einzelnen Mutation
Parsen der Wirkung jeder Mutation auf die Art und Weise der Körper produziert , sezerniert und reagiert (oder nicht) , Insulin kritisch ist , um die Krankheit besser zu verstehen und um neue therapeutische Ansätze zu entwickeln. " Ich war fassungslos , dass diese Technik so gut funktionierte , um die Wirkung von spezifischen Mutationen zu identifizieren ", sagte Park . "Viele der von uns untersuchten Gene scheinen ähnliche Funktionen bei der Regulierung der Insulin- Produktion oder Sekretion in Fliegen und beim Menschen zu haben."
Frühere Bemühungen, Ilp2 Tag wurden von der Tatsache, dass das Protein erfährt eine komplexe Reihe von Modifikationen und Faltung Veranstaltungen auf dem besten Weg, die aktive Form des Moleküls behindert. Stichworte , die diesen Prozess stören können unangemessene Expression des Moleküls verursachen oder machen es inaktiv ist, Eingriffe in die sehr Stoffwechselweg Forscher wollen studieren.
Park aktiviert auf dem Wissen, dass die Überexpression der aktiven Form des Ilp2 Protein ist tödlich . Er dann zufällig eingefügt chemischen Variablen entlang der Länge des Moleküls , um eine Platte von Molekülen an vielen verschiedenen Stellen markiert erstellen. Einzeln testen sie , sah er für diejenigen, die noch in der Lage , um die Fliegen zu töten waren - darauf hinweist, dass die Aktivität des Moleküls nicht beeinträchtigt wurde. Schließlich fand er zwei Stellen auf Ilp2 , die ideal waren . Er konnte dann mit Antikörpern , die die Tags erkannt auf ein Niveau von Ilp2 mit dem Antikörper -basierte Assays quantifizieren.
" Sobald Sie wissen, dass die Änderungen oder Umbauten, haben keinen Einfluss auf die Expression oder Aktivität des Moleküls , mehr Macht zu Ihrer Experimente zu interpretieren haben Sie eine Menge ", sagte Kim . " Sie können damit beginnen, die Insulin- Montagelinie zu verfolgen , von der Transkription von RNA aus dem Gen für die Produktion des Proteins auf die Sammlung und eventuelle Sekretion des Proteins als Reaktion auf metabolische Signale . Sie haben die Gelegenheit , um herauszufinden, die Mechanismen, die jedem dieser Schritte im Detail. "
In Fliegen , Ilp2 erzeugt und von spezialisierten Nervenzellen des Gehirns sezerniert. Dadurch ist es relativ einfach, Spiegel zirkulierender Ilp2 mit der Menge der reifen , aber unsecreted Ilp2 vergleichen : genügt es, die Menge an Ilp2 in der Insekten Körper auf die Höhe in ihren Gehirnen .
Park gefunden, daß die Menge an sezerniertem Ilp2 erhöhte sich von etwa 0,1 Prozent bis etwa 0,35 Prozent der gesamten verfügbaren während der ersten drei Lebenstage eines Fruchtfliege . Darüber hinaus , wie beim Menschen waren zirkulierenden Ilp2 Konzentrationen im Nüchtern Fliegen relativ niedrig , aber ihren Höhepunkt erreicht und dann nach einer anschließenden Mahlzeit sank . Schließlich zeigte , dass in Fliegen mit nur einer Arbeitskopie des Insulin-Rezeptor -Gen ( sie haben in der Regel zwei , wie auch beim Menschen ) , wurde die Insulinsekretion in einem offensichtlichen Versuch, den Mangel auszugleichen erhöht - Spiegelung der Entwicklung von Insulinresistenz bei Menschen und Mäuse.
Park und seine Kollegen wandte dann ihre Aufmerksamkeit auf Mutationen, die mit Typ - 2-Diabetes bei Menschen verbunden in genomweiten Studien . Eine Prüfung ist nicht zu offenbaren , wie eine bestimmte Mutation funktionieren könnte , um die Entwicklung einer Krankheit beeinflussen ; sie zeigen nur, daß Personen mit dem Zustand wahrscheinlicher sind als solche ohne sie auf bestimmte Mutationen in ihrem Genom aufweisen. Hunderte von Kandidaten - Anfälligkeit Gene wurden auf diese Weise identifiziert.
Spitze des Eisbergs
Die Forscher fanden heraus , dass die Blockierung der Expression eines Fliegen Version eines humanen Protein namens GLIS3 , bekannt, die Insulinproduktion in Säugetieren beeinflussen , und sowohl auf den Typ - 2- und Typ - 1-Diabetes beim Menschen , beeinflusst auch die Herstellung von Ilp2 in Fliegen verbunden . Eine Mutation in einem anderen Protein BCL11A , war bekannt , bei der Entwicklung der Krankheit bei Menschen in Verbindung gebracht werden , aber sein Wirkmechanismus unklar. Park und seine Kollegen festgestellt , dass die Blockierung der Expression des FliegenversionBCL11A nicht der Fliegen Fähigkeit Ilp2 machen beeinflussen, aber es verursacht zu abnorm hohen Konzentrationen von Ilp2 ins Blut sezernieren .
Die Forscher betonen , dass diese Ergebnisse sind nur die Spitze des Eisbergs. Viele weitere Mutationen können allein und in Kombination unter einer Vielzahl von experimentellen Bedingungen untersucht werden. Eine einzige Fruchtfliege kann mehrere hundert Eier während seiner rund 40 -Tage- Lebensdauer zu legen; Eiern entwickeln sich Erwachsene in nur 10 Tagen . Sie haben vor, weiterhin die Fruchtfliege System nutzen zu ergänzen und zu informieren, ihre laufenden Studien bei Säugetieren und Menschen .
" Wir sind wirklich die Vorteile eines Jahrhunderts der Arbeit von Generationen von anderen Forschern durchgeführt ", sagte Kim . "In der Vergangenheit die Fliege wurde genutzt, um die Entwicklungsbiologie , indem seine Gene und seine Zellen und beobachten, wie sie mit der Zeit ändern zu verstehen. Jetzt haben wir gezeigt, dass wir Ebenen eine entscheidende Hormon, das in diesen Insekten genau und präzise zu messen, und verwenden Sie diese um neue Ziele für Diabetes Untersuchungen bei Mäusen und Menschen zu identifizieren. "