Maklumat

Fungsi gen CFTR?

Fungsi gen CFTR?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Saya seorang senior di sekolah menengah dan saya belajar fibrosis sista.

Saya tidak begitu memahami fungsi gen CFTR kerana ini adalah kali pertama saya berurusan dengan jenis maklumat saintifik yang berat ini.

Saya telah mencari fungsinya di laman web seperti ini: http://omim.org/entry/602421?search=cystic%20fibrosis&highlight=fibrosi%20cystic

Dengan membaca bahagian fungsi gen, saya mengetahui bahawa CFTR mengawal pembentukan saluran klorida, mengubah peraturan laluan pengangkutan lain (iaitu meningkatkan penyerapan ion natrium dalam penyerapan ion natrium). Pada masa yang sama ia juga mengawal reseptor bikarbonat bergandingan klorida. Dan hanya itu yang saya dapat dari bahagian itu.

Saya amat menghargai jika seseorang boleh meringkaskan semua fungsi gen CFTR yang disenaraikan dalam istilah orang awam (iaitu bahasa nenek) dan juga menerangkan kepada saya mengapa saluran klorida yang berkurangan membawa kepada memekatkan lendir atau meningkatkan penyerapan ion natrium membawa kepada Gejala CF. Di samping itu, saya juga menghargai jika seseorang boleh memberitahu saya adakah penurunan fungsi gen CFTR juga membawa kepada penyakit lain di atas Cystic fibrosis.

Terima kasih


CFTR ialah gen yang mengekodkan "pengawal selia konduktans transmembran fibrosis kistik", yang merupakan protein membran. Fungsinya adalah untuk mengangkut klorida dan ion bercas negatif lain seperti ion tiosianat dari dalam sel ke luar (ke dalam ruang selular tambahan). Ini berlaku sepanjang kecerunan, yang bermaksud ion mengalir dari tempat berkepekatan tinggi (di dalam sel) ke tempat berkepekatan rendah (di luar sel). Oleh kerana ini bermaksud bahawa muatan negatif akan bertambah di bahagian luar sel, ion natrium bermuatan positif mengikuti ion klorida dengan penyebaran pasif. Ion ini dikeluarkan ke dalam lendir di ruang selular tambahan.

Ini membawa kepada kepekatan elektrolit (garam) yang lebih tinggi di luar sel, yang menyebabkan air meninggalkan sel (berikutan kepekatan elektrolit yang lebih tinggi), yang menjadikan lendir menipis.

Apabila gen CFTR bermutasi, fungsi ini terjejas dan ion tidak boleh diangkut merentasi membran. Ini menyebabkan kepekatan elektrolit yang lebih tinggi di dalam sel dan air tinggal di sana. Ini menyebabkan lendir menjadi lebih pekat (disebabkan oleh kurang kemasukan air), yang kemudiannya boleh menyekat saluran halus paru-paru. Selain itu, bakteria boleh tumbuh dalam lendir yang lebih tebal, yang boleh menyebabkan masalah teruk seperti radang paru-paru. Proses berfungsi seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah (dari sini), ion natrium tidak ditunjukkan di sini:

Jika anda ingin membaca lebih lanjut mengenai cystic fibrosis, saya mengesyorkan laman web ini.

Mengenai sistem imun terdapat pelbagai fungsi yang terjejas. Pertama, rembesan yang dikurangkan (atau dihalang) jika ion tiosianat membawa kepada pengurangan pengeluaran ion Hypothiocyanite yang membunuh bakteria. Kemudian sel-sel yang berbeza yang penting untuk tindak balas imun yang betul akan terjejas dalam fungsinya, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah (dari rujukan pertama):

Fungsi CFTR terganggu pada semua jenis sel, tidak hanya pada sel epitelium di paru-paru (walaupun ini adalah akibat yang paling jelas). Dalam sel-sel sistem imun (sel-T misalnya) kepekatan ion intraselular terganggu termasuk Ca2+ yang memainkan peranan penting dalam pengawalan gen lain. Pemerhatian lain menunjukkan bahawa pengaktifan sistem imun itu sendiri juga terjejas.

Maklumat lanjut boleh didapati dalam artikel yang saya pautkan di bawah. Mereka memerlukan pengetahuan imunologi, tetapi apabila ada pertanyaan, tanyakan.

Rujukan:

  1. Tindak Balas Imun dalam Fibrosis Kistik
  2. Sistem imun semula jadi dalam penyakit paru-paru cystic fibrosis

Gen CFTR adalah pengkodean protein yang disebut CFTR (Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). Protein ini adalah saluran ion, yang membolehkan pengangkutan pasif ion Cl- melalui membran sel dalam kedua-dua arah. Ini membolehkan sel mengangkut air kerana pengangkutan aktif ion Na+. Ion Cl- mengikuti ion Na+ dengan pengangkutan pasif untuk menaikkan cas elektrik, manakala air akan mengikuti osmolariti yang lebih tinggi yang dicipta oleh kedua-dua ion. (Sesuatu yang serupa berlaku dengan glukosa apabila anda meletakkan anggur ke dalam air. Glukosa tidak boleh melalui membran sel anggur, tetapi air boleh. Jadi osmolariti yang lebih tinggi dalam sel anggur akan menghisap air dan anggur akan retak.)

Tanpa bekerja CFTR sel tidak dapat mengangkut ion Na + terlalu banyak, kerana potensi membrannya berubah terlalu banyak apabila ion tidak dapat menaikkan cas, dan sel mungkin akan mati kerana ini. (Penjelasan lain yang mungkin bahawa penghalang tenaga akan terlalu banyak bagi pengangkut Na + untuk menghantar ion Na + lain.)

Tanpa pengangkutan ion yang mencukupi, pengangkutan air tidak mencukupi di banyak kawasan badan. Dengan fibrosis sista, organ yang paling penting terjejas adalah kulit, paru-paru, pankreas dan organ pembiakan.

  • Kulit tidak boleh menyerap semula Na+, jadi ia akan menjadi masin.
  • Paru-paru tidak dapat mengirim air ke lendir, jadi terlalu lengket, dan karena itu mencegah cili dengan membersihkan patogen dari paru-paru. Hasilnya adalah jangkitan, mungkin radang paru-paru dan sista dalam paru-paru.
  • Pankreas biasanya tidak dapat melakukan tugasnya juga. Hasilnya adalah pencernaan yang lemah, dan disebabkan oleh itu masalah penyerapan vitamin, mis. kekurangan vitamin-D (dan kerana osteoporosis itu). Dalam kebanyakan kes, pankreas adalah sista sepenuhnya, dan ia kehilangan keupayaan untuk menghasilkan insulin, yang membawa kepada diabetes.
  • Organ pembiakan juga terjejas, kebanyakan lelaki dengan cystic fibrosis tidak subur, dan kira-kira setiap wanita kelima juga.

Seperti yang anda sedia maklum ini adalah penyakit keturunan yang disebabkan oleh mutasi pada gen CFTR. Apa yang anda mungkin tidak tahu bahawa hanya homozigot yang terjejas. Kelaziman alel mutan adalah sekitar 1/25 di negara saya (Hungaria), jadi setiap orang ke-25 adalah pembawa asimtomatik dan pada setiap perkahwinan ke-625 ada kemungkinan 25% anak itu menjadi homozigot. Kelaziman bergantung pada wilayah, mis. Eropah Utara dan Barat lebih terjejas daripada Eropah Selatan dan Timur.

  • Rajah 1 - kelaziman homozigot fibrosis kistik - Epidemiologi: Kepelbagaian Mutasi-Corak Mutasi CFTR

Kerana kelaziman bergantung pada wilayah heterozigot (dan homozigot) terdapat teori, yang menyatakan bahawa mungkin ada (atau ada) tekanan evolusi negatif pada gen CFTR, dan heterozigot mempunyai kelebihan evolusi, sama seperti anemia sel sabit dan malaria. CFTR menjadi sasaran banyak penyakit berjangkit cth. kolera, demam kepialu, batuk kering, dan lain-lain ..., jadi ada banyak calon. Afaik belum ada keputusan dalam topik ini.


Mutasi CFTR Senyap Mempunyai Kesan Negatif pada Proteinnya, Lagipun

Apa yang dipanggil mutasi gen senyap dalam penyebab cystic fibrosis (CF). CFTR gen tidak semestinya senyap sama sekali. Pasukan penyelidik mendapati bahawa satu mutasi tersebut juga menyebabkan protein yang dihasilkan tidak berfungsi dengan baik.

Pandangan tersebut memberi tumpuan kepada kerumitan penyebab genetik CF, tetapi juga meningkatkan pemahaman tentang bagaimana kebolehubahan genetik dapat mempengaruhi biologi kita dengan cara yang lebih halus.

Sehingga kini, para penyelidik berpendapat bahawa sekitar 1,700 daripada 2.000 mutasi yang dikenal pasti dalam gen CFTR boleh menyebabkan CF. Selebihnya tidak berkaitan dengan penyakit. Antaranya ialah apa yang dipanggil mutasi senyap - perubahan satu asas DNA yang tidak menimbulkan urutan asid amino yang diubah dalam protein.

Pasukan penyelidik antarabangsa, yang diketuai oleh saintis dari University of Hamburg di Jerman dan University of Bristol di UK, memutuskan untuk melihat lebih dekat salah satu perubahan senyap ini, mutasi yang disebut T2562G.

Tidak lama kemudian menjadi jelas bahawa perubahan tunggal dalam pangkalan DNA tidak senyap sama sekali. Dalam eksperimen sel, pasukan itu menyatakan bahawa mutasi membawa kepada kira-kira 25 peratus kurang protein CFTR. Tinjauan lebih dekat menunjukkan bahawa protein, sebahagiannya, disimpan di dalam sel dan bukannya dipindahkan ke membran sel, seperti halnya protein CFTR normal.

Walaupun protein mempunyai urutan asid amino yang sama seperti CFTR biasa, penyelidik mengesan perubahan halus dalam struktur tiga dimensinya. Tahap protein yang rendah berkemungkinan disebabkan oleh perubahan ini yang dikesan oleh jentera kawalan kualiti selular, yang menghantar protein untuk dimusnahkan.

Tetapi perubahan kecil mempengaruhi protein dengan cara lain juga. Melihat bagaimana protein CFTR individu - yang bertindak sebagai saluran ion klorida - berfungsi, penyelidik mengesan sesuatu yang ganjil.

Mutasi tersebut menghasilkan dua jenis protein saluran. Salah satunya berperilaku normal, sementara yang lain lebih sempit dan memperlahankan aliran ion klorida ke atas membran sel.

Tetapi bagaimana dua protein dengan urutan asid amino yang sama mempunyai sifat yang berbeza, kata pasukan itu. Jawapannya, ternyata, terdapat di mesin pembuatan protein sel.

Gen bertukar menjadi protein dalam beberapa langkah. Pertama, apa yang disebut RNA messenger (mRNA) membuat salinan urutan DNA. MRNA terdiri daripada jujukan tiga huruf yang mengekod untuk asid amino tertentu. Walau bagaimanapun, beberapa kod sedemikian boleh sepadan dengan satu asid amino, dan protein yang sedang disiasat oleh pasukan itu telah menukar kod tersebut, tetapi bukan asid amino yang sepadan.

Apabila mRNA memasuki mesin yang memasangkan kodnya dengan asid amino, ia bergantung pada komponen lain, yang disebut tRNA. TRNA ini mengikat kepada mRNA dengan bantuan urutan tiga huruf yang sepadan mereka sendiri untuk melampirkan asid amino yang betul.

Tetapi tRNA dengan pelbagai kod tiga huruf tidak sama biasa, dan yang sepadan dengan T2562G sangat jarang berlaku dalam tisu paru-paru, pasukan itu mendapati. Ini memperlahankan proses membuat protein, mungkin memutarbelitkan bentuk protein yang terhasil.

Para penyelidik membuat spekulasi bahawa mekanisme yang sama juga mungkin berfungsi dalam protein lain, dan mendedahkan bagaimana perubahan dalam DNA - sebelum ini dianggap tidak penting - mungkin mempengaruhi risiko penyakit, gejala khusus yang ditunjukkan, serta tindak balas terhadap rawatan.


Akabas, M. H., Kaufmann, C., Cook, T. A., dan Archdeacon, P. (1994). "Sisa asid amino yang melapisi saluran klorida dari pengatur konduktansi transmembran fibrosis kistik," J. Biol. Kimia. 269, 14865–14868.

Ames, G. F. L., Mimura, C. S., dan Shyamala, V. (1990). "Permease periplasma bakteria tergolong dalam keluarga protein pengangkutan yang beroperasi dari Escherichia coli kepada ATPase lalu lintas manusia," FEMS Microbiol. Pendeta 75, 429–446.

Anderson, M. P., Berger, H. A., Rich, D. P., Gregory, R. J., Smith, A. E., dan Welsh, M. J. (1991). "Nukleotida trifosfat diperlukan untuk membuka saluran klorida CFTR," sel 87, 775–784.

Anderson, M. P., Rich, D. P., Gregory, R. J., Smith, A. E., dan Welsh, M. J. (1991b). "Penjanaan arus klorida yang diaktifkan cAMP dengan ungkapan CFTR," Sains 251, 679–682.

Anderson, M. P., Gregory, R. J., Thompson, S., Souza, D. W., Paul, S., Mulligan, R. C., Smith, A. E., dan Welsh, M. J. (1991c). "Demonstrasi bahawa CFTR ialah saluran klorida dengan mengubah selektiviti anionnya," Sains 253, 202–205.

Bear, C. E., Duguay, F., Naismath, A. L., Kartner, N., Hanrahan, J. W., dan Riordan, J. R. (1991). “Cl − menyalurkan aktiviti dalam Xenopus oosit yang mengekspresikan gen fibrosis sista, " J. Biol. Kimia. 266, 19142–19145.

Bear, C. E., Li, C., Kartner, N., Bridges, R. J., Jensen, T. J., Ramjeesingh, M., dan Riordan, J. R. (1992). "Pemurnian dan penggabungan fungsional pengatur konduktansi transmembran fibrosis kistik (CFTR)," sel 68, 809–818.

Berger, H. A., Travis, S. M., dan Welsh, M. J. (1993). "Peraturan pengatur konduktans transmembran fibrosis sista oleh kinase protein khusus dan fosfatase protein," J. Biol. Kimia. 268, 22037–2047.

Carroll, T. P., Morales, M. M., Fulmer, S. B., Allen, S. S., Flotte, T. R., Cutting, G. R., dan Guggino, W. B. (1995a). "Kodon permulaan terjemahan alternatif boleh mencipta bentuk fungsi pengatur konduktans transmembran fibrosis sista," J. Biol. Kimia. 270, 11941–11946.

Carroll, T. P., McIntosh, I., Egan, M. E., Zeitlin, P. L., Cutting, G. R., dan Guggino, W. B. (1995b). "Mutasi transmembran mengubah ciri saluran pengatur konduktansi transmembran fibrosis sista yang dinyatakan dalam Xenopus Oosit," Fisiol Sel. Biokimia. 362, 160–164.

Carson, M. R., Travis, S. M., dan Welsh, M. J. (1995). "Dua domain pengikat nukleotida pengatur konduktans transmembran fibrosis sista (CFTR) mempunyai fungsi yang berbeza dalam mengawal aktiviti saluran," J. Biol. Kimia. 270, 1711–1717.

Cheng, S. H., Gregory, R. J., Marshall, J., Paul, S., Souza, D. W., White, G. A., O'Riordan, C. R., dan Smith, A. E. (1990). "Pengangkutan dan pemprosesan CFTR intraselular yang cacat adalah asas molekul kebanyakan fibrosis sista," sel 63, 827–834.

Cheng, S. H., Rich, D. P., Marshall, J., Gregory, R. J., Welsh, M. J., dan Smith, A. E. (1991). "Fosforilasi domain R oleh protein kinase yang bergantung pada cAMP mengatur saluran klorida CFTR," sel 66, 1027–1036.

Cheung, M., dan Akabas, M. H. (1996). "Pengenalpastian sisa-sisa lapisan saluran pengatur transmembran fibrosis fibrosis dalam dan mengapit segmen merentangi membran M6," Biophys. J. 70, 2688–2695.

Collins, F. S. (1992). "Fibrosis kistik: biologi molekul dan implikasi terapeutik," Sains 256, 774–779.

Cotten, J. F., Ostedgaard, L. S., Carson, M. R., dan Welsh, M. J. (1996). "Kesan mutasi berkaitan fibrosis kistik dalam gelung intraselular keempat pengatur konduktans transmembran fibrosis kistik," J. Biol. Kimia. 271, 21279–21284.

Cutting, G. R., Kasch, L. M., Rosenstein, B. J., Zielenski, J., Tsui, L. C., Antonarakis, S. E., dan Kazazian, H. H. J. (1990). "Sekumpulan mutasi fibrosis kistik dalam lipatan pengikat nukleotida pertama protein pengatur konduktans fibrosis kistik," alam semula jadi 346, 366–369.

Dalemans, W., Barbry, P., Champigny, G., Jallat, S., Dott, K., Dreyer, D., Crystal, RG, Pavirani, A., Lecocq, JP, dan Lazdunski, M. (1991 ). "Kinetik saluran ion klorida yang diubah yang berkaitan dengan mutasi fibrosis sista ΔF508," Alam Semula Jadi (London) 354, 526–528.

Denning, G. M., Ostedgaard, L. S., dan Welsh, M. J. (1992b). "Penyetempatan abnormal pengatur konduktansi transmembran fibrosis kistik pada kultur primer epitel saluran udara fibrosis kistik," J. Cell Biol. 118, 551–559.

Deversen, E. V., Gow, I. R., Coadwell, W. J., Monaco, J. J., Butcher, G. W., dan Howard, J. C. (1990). "MHC kelas II wilayah pengekodan protein yang berkaitan dengan keluarga rintangan multidrug pengangkut transmembran," Alam Semula Jadi (London) 348, 738–741.

Drumm, M. L., Wilkinson, D. J., Smit, L. S., Worrell, R. T., Strong, T. V., Frizzell, R. A., Dawson, D. C., dan Collins, F. S. (1991). "Konduktans klorida yang dinyatakan oleh ΔF508 dan CFTR mutan lain dalam Xenopus oosit, " Sains 254, 1797–1799.

Egan, M., Flotte, T., Afione, S., Solow, R., Zeitlin, P. L., Carter, B. J., dan Guggino, W. B. (1992). "Peraturan yang rosak untuk membetulkan saluran Cl − secara luaran oleh protein kinase A yang diperbetulkan dengan memasukkan CFTR," Alam Semula Jadi (London) 358, 781–584.

Fanen, P., Ghanem, N., Vidaud, M., Besmond, C., Martin, J., Costyes, B., Plassa, F., dan Goossens, M. (1992). "Pencirian molekul fibrosis kistik: 16 mutasi baru yang dikenal pasti melalui analisis keseluruhan kawasan pengekodan pengatur transmembran (CFTR) konduktans fibrosis kistik dan persimpangan tapak splice," Genomik 13, 770–776.

Ferec, C., Audrezet, M. P., Mercier, B., Guillermit, H., Moullier, P., Querec, I., dan Verlingue, C. (1992). "Pengesanan lebih dari 98% mutasi fibrosis kistik pada populasi Celtic," Genet Alam. 1, 188–191.

Garber, S. S. (1992). "Membetulkan saluran klorida secara luaran dalam limfosit," J. Ahli. biol. 127, 49–56.

Ghanem, N., Costes, B., Giorodon, E., Martin, J., Fanen, P., dan Goossens, M. (1994). "Pengenalpastian lapan mutasi dan tiga variasi urutan dalam gen pengatur konduktans transmembrane cystic fibrosis (CFTR)," Genomik 21, 434–436.

Gray, M. A., Harris, A., Coleman, L., Greenwell, J. R., dan Argent, B. E. (1989). "Dua jenis saluran klorida pada sel saluran yang dikultur dari pankreas janin manusia," Am. J. Physiol. 257, C240–C251.

Gregory, R. J., Rich, D. P., Cheng, S. H., Souza, D. W., Paul, S., Manavalan, P., Anderson, M. P., Welsh, M. J., dan Smith A. E. (1991). "Kematangan dan fungsi varian pengatur konduktans transmembran fibrosis sista yang mengandungi mutasi dalam domain pengikat nukleotida 1 dan 2 yang diduga," Mol. Sel. biol. 11, 3886–3893.

Higgins, C. F., Hiles, I. D., Salmond, G. P. C., Gill, D. R., Downie, J. A., Evans, I. J., Holland, I. B., Buckel, S. D., Bell, A. W., dan Hermondson, M. A. (1986). "Satu keluarga subunit yang mengikat ATP yang berkaitan dengan banyak proses biologi yang berbeza dalam bakteria," Alam Semula Jadi (London) 323, 448–450.

Hwang, T. C., Lu, L., Zeitlin, P. L., Gruenert, D. C., Huganir, R., dan Guggino, W. B. (1989). "Saluran klorida dalam CF: Kekurangan pengaktifan oleh protein kinase C dan protein kinase yang bergantung pada cAMP," Sains 244, 1351–1353.

Hwang, T. C., Nagel, G., Nairn, A. C., dan Gadsby, D. C. (1994). "Kawal selia pengatur saluran pengatur konduktans transmembran fibrosis sistik Cl oleh fosforilasi dan hidrolisis ATP," Pro. Natl. Acad. Sains. USA 91, 4698–4702.

Hyde, S. C., Emsley, P., Hartshorn, M. J., Mimmack, M. M., Gileadi, U., Pearce, S. R., Gallagher, M. P., Gill, D. R., Hubbard, R. E., dan Higgins, C. F. (1990). "Model struktur protein pengikat ATP yang dikaitkan dengan fibrosis kistik, rintangan pelbagai ubat dan pengangkutan bakteria," Alam Semula Jadi (London) 346, 362–365.

Kerem, B. S., Zielenski, J., Markiewiz, D., Bozon, D., Gazit, E., Yahav, J., Kennedy, D., Riordan, J. R., Collins, F. S., dan Rommens, J. M. (1990). "Pengenalpastian mutasi di kawasan yang sesuai dengan dua lipatan pengikat nukleotida putatif (ATP) gen fibrosis kistik," Pro. Natl. Acad. Sains. USA 87, 8447–8451.

Kim, E., Niethammer, M., Rothschild, A., Jan, Y. N., dan Sheng, M. (1995). "Pengelompokkan saluran K + jenis Shaker melalui interaksi dengan keluarga kinase guanylate yang berkaitan dengan membran," alam semula jadi 378, 85–88.

Kim, E., Cho, K. O., Rothschild, A., dan Sheng, M. (1996). "Hetero-multimerization dan aktiviti pengelompokan reseptor NMDA Chapsyn-110, ahli keluarga protein PSD-95," Neuron 17, 103–113.

McCarty, N. A., McDonough, S., Cohen, B. N., Riordan, J. R., Davidson, N., dan Lester, H. A. (1993). "Blok yang bergantung pada voltan saluran pengatur konduktansi transmembran fibrosis sista oleh dua arylaminobenzoat yang berkait rapat," J. Jen. Physiol. 102, 1–23.

McDonough, S., Davidson, N., Lester, H. A., dan McCarty, N. A. (1994). "Sisa-sisa residu lapisan dalam CFTR yang mengatur penyerapan dan blok saluran terbuka," Neuron 13, 623–634.

Mercier, B., Lissens, W., Novelli, G., Kalaydjiev, L., DeArce, M., Kapranov, N., Canki-Klain, N., Lenoir, G., Chauveau, P., Lenaerts, C ., Rault, S., Cashman, S., Sanguiolo, F., Audrezet, MP, Dallapiccola, B., Guillermit, H., Bonduelle, M., Liebaers, I., Quere, I., Verlingue, C. , dan Ferec, C. (1993). "Pengenalpastian lapan mutasi novel dalam analisis kolaboratif sebahagian daripada domain transmembran kedua gen CFTR," Genomik 16, 296–297.

Morales, M. M., Carroll, T. P., Morita, T., Schwiebert, E. M., Devuyst, O., Wilson, P. D., Lopes, A. G., Stanton, B. A., Dietz, H. C., Cutting, G. R., dan Guggino, W. B. (1996). "Kedua-dua jenis liar dan isoform berfungsi CFTR dinyatakan dalam buah pinggang," Am. J. Physiol. 270, F1038–F1048.

Moser, J. A., Douar, A. M., Sarde, C. O., Kioschis, P., Feil, R., Moser, H., Poustka, A. M., Mandel, J. L., dan Aubourg, P. (1993). "Gen adrenoleukodystropy yang dikaitkan dengan X Putatif berkongsi homologi yang tidak dijangka dengan pengangkut ABC," Alam Semula Jadi (London) 361, 726–730.

Picciotto, M. R., Cohn, J. A., Bertuzzi, G., Greengard, P., dan Nairn, A. C. (1992). "Fosforilasi pengatur konduktansi transmembran fibrosis kistik," J. Biol. Kimia. 267, 12742–12752.

Reisin, I. L., Prat, A. G., Abraham, E. H., Amara, J. F., Gregory, R. J., Ausiello, D. A., dan Cantiello, H. F. (1994). "Pengatur konduktansi transmembran fibrosis kistik adalah saluran ATP dan klorida ganda," J. Biol. Kimia. 269, 20584–20591.

Kaya, D. P., Gregory, R. J., Anderson, M. P., Manavalan, P., Smith, A. E., dan Welsh, M. J. (1991). "Kesan penghapusan domain R pada saluran klorida yang dihasilkan CFTR," Sains 253, 205–207.

Riordan, JM, Rommens, JM, Kerem, BS, Alon, N., Rozmahel, R., Grzelvzak, Z., Zeilenski, J., Lok, S., Plavsic, N., Chou, JL, Drumm, ML, Iannuzzi, MC, Collins, FS, dan Tsui, LC (1989). "Identifikasi gen fibrosis kistik: Pengklonan dan pencirian DNA pelengkap," Sains 245, 1066–1073.

Savov, A., Mercier, B., Kalaydjieva, L., dan Ferec, C. (1994). "Pengenalpastian enam mutasi baru dalam gen CFTR pesakit dari Bulgaria dengan menyaring dua puluh tujuh exon dan sempadan exon/intron menggunakan DGGE dan penjujukan DNA langsung," Hum. Mol. Genet. 3, 57–60.

Schwiebert, E. M., Egan, M. E., Hwang, T. H., Fulmer, S. B., Allen, S. S., Cutting, G. R., dan Guggino, W. B. (1995). "CFTR mengawal arus pembetulan klorida secara luaran melalui mekanisme autokrin yang melibatkan ATP," sel 81, 1063–1073.

Sheng, M. (1996). "PDZ dan kumpulan reseptor / saluran: Mengumpulkan suspek terbaru," Neuron 17, 575–578.

Sheppard, D. N., Rich, D. P., Ostedgaard, L. S., Gregory, R. J., Smith, A. E., dan Welsh, M. J. (1993). "Mutasi dalam CFTR berkaitan dengan penyakit ringan untuk saluran Cl dengan sifat liang yang diubah," Alam Semula Jadi (London) 362, 160–164.

Sheppard, D. N., Ostedgaard, L. S., Rich, D. P., dan Welsh, M. J. (1994). "Bahagian terminal amino CFTR membentuk saluran Cl yang diatur," sel 76, 1091–1098.

Siebert, F. S., Lindsell, P., Loo, T. W., Hanrahan, J. W., Riordan, J. R., dan Clarke, D. M. (1996). "Gelung sitoplasma tiga pengatur konduktans transmembran fibrosis kistik menyumbang kepada pengawalseliaan aktiviti saluran klorida," J. Biol. Kimia. 271, 27493–27499.

Stutts, M. J., Canessa, C. M., Olsen, J. C., Hamrick, M., Cohn, J. A., Rossier, B. C., dan Boucher, R. C. (1995). "CFTR sebagai pengawal selia saluran natrium yang bergantung kepada kem," Sains 269, 847–849.

Tabcharani, J. A., Chang, X. B., Riordan, J. R., dan Hanrahan, J. W. (1992). “Saluran klorida pengatur konduktans transmembran fibrosis kistik. Blok iodida dan resapan,” Biophys. J. 62, 1–4.

Tabcharani, J. A., Chang, X. B., Riordan, J. R., dan Hanrahan, J. W. (1991). "Saluran Cl yang teratur fosforilasi dalam sel CHO secara stabil menyatakan gen fibrosis kistik," Alam Semula Jadi (London) 352, 628–631.

Valle, D., dan Gartner, J. (1993). "Menembus peroksisom," Alam Semula Jadi (London) 361, 682–683.

Walker, J. E., Saraste, M., Runswick, M. J., dan Gay, N. J. (1982). "Jujukan berkait jauh dalam subunit α dan β ATP sintase, myosin, kinase, dan enzim lain yang memerlukan ATP dan lipatan pengikat nukleotida biasa," EMBO J. 1, 945–951.


MiR-16 menyelamatkan fungsi F508del-CFTR dalam sel epitelium fibrosis sista asli

Cystic fibrosis (CF) disebabkan oleh mutasi pada gen CFTR, yang mencegah lipatan, perdagangan dan fungsi protein protein pengatur konduktor transmembran fibrosis kista (CFTR) yang betul. Kesan disfungsi mutasi CFTR, terutamanya mutan F508del-CFTR, dimanifestasikan lagi oleh hipersekresi kemokin pro-radang interleukin-8 ke dalam lumen saluran pernafasan, yang seterusnya menyumbang kepada morbiditi dan kematian. Kami telah membuat hipotesis bahawa terapeutik berasaskan mikroRNA (miR) boleh menyelamatkan akibat tidak berfungsi CFTR mutan. Di sini kami melaporkan bahawa mimik miR-16 boleh menyelamatkan fungsi protein F508del-CFTR secara berkesan dalam saluran sel saluran pernafasan dan kultur primer, epitelium bronkial manusia yang dibezakan daripada homozigot F508del, yang mengekspresikan CFTR mutan secara endogen. Kami juga mengenal pasti dua miR lain, miR-1 dan miR-302a, yang juga aktif. Walaupun miR-16 dinyatakan pada tahap sebanding basal dalam CF dan sel kawalan, miR-1 dan miR-302a tidak dapat dikesan. Apabila peniruan miR dinyatakan dalam sel CF paru-paru atau pankreas, ekspresi protein F508del-CFTR meningkat dengan ketara. Yang penting, miR-16 mendorong penyelamatan fungsional saluran klorida apikal F508del-CFTR apikal yang diaktifkan AMP siklik pada sel epitel paru-paru primer dari pesakit CF. Kami menafsirkan penemuan ini untuk menunjukkan bahawa miR ini mungkin merupakan sasaran baru untuk terapi CF.

Kenyataan konflik kepentingan

Penulis menyatakan tidak ada konflik kepentingan.

Angka

MikroRNA (miR) mendorong ekspresi F508del-CFTR.…

MicroRNA (miR) mendorong ungkapan F508del-CFTR. ( a ) sel CFPAC6.0 (2 × 10…

Ekspresi dan penyetempatan CFTR.…

Ekspresi dan penyetempatan CFTR. ( aa ″) sel CFPAC6.0 yang mengandungi…

Analisis FACS bagi ekspresi CFTR.…

Analisis FACS bagi ekspresi CFTR. Peningkatan ekspresi permukaan sel CFTR disebabkan…

Penindasan ekspresi IL-8 oleh…

Penindasan ekspresi IL-8 oleh miR yang kompeten penyelamat dalam sel epitel paru-paru CF. Dalam…

Penindasan ungkapan HSP90 oleh…

Penindasan ekspresi HSP90 oleh miR-16 dalam sel epitelium CF. Epitel pankreas CFPAC6.0…

Menyelamat fungsi ΔF508-CFTR dan…

Menyelamat fungsi ΔF508-CFTR dan pengecilan keradangan. Sel CF HBE dipindahkan dengan…


PERBINCANGAN

Vektor AAV telah terbukti berkesan dalam memindahkan cDNA CFTR ke dalam sel epitelium saluran udara kedua-duanya. secara in vitro dan dalam vivo. Walau bagaimanapun, kegunaannya sebagai vektor untuk terapi gen CF adalah terhad oleh ketidakcekapannya dalam menyatakan gen mini CFTR dalam sel sasaran. Ini kerana gen CFTR telah dibungkus ke dalam vektor tanpa promoter yang cekap kerana kekangan kapasiti pembungkusan kecil AAV. Matlamat kami adalah untuk membangunkan strategi untuk memintas had pakej dan untuk mencapai tahap tinggi ekspresi gen CFTR daripada vektor AAV. Dalam kajian ini, kami telah menunjukkan kemungkinan mengurangkan ukuran gen CFTR dengan penghapusan yang disasarkan di wilayah pengekodan dan mengekspresikan gen CFTR pada tahap tinggi dengan mengemas promoter yang cekap dengan gen CFTR yang dipendekkan menjadi vektor AAV.

Pendekatan kami adalah untuk mengenal pasti urutan yang tidak penting dalam wilayah pengkodan CFTR. Pertama, kami menganggap kawasan yang mungkin tidak penting secara struktural untuk fungsi CFTR, seperti terminal N dan terminal C, kawasan fleksibel dari domain R, dan kawasan gelung yang lebih panjang antara domain transmembran. Kedua, kami menargetkan wilayah-wilayah di mana beberapa mutasi kehilangan semula jadi telah ditemukan, menunjukkan bahawa mutasi di wilayah ini mungkin tidak mempengaruhi fungsi CFTR. Ketiga, kami mencipta semula beberapa mutan penghapusan CFTR yang berfungsi dalam kajian fungsi struktur awal. Dengan menggabungkan maklumat ini, kami telah merancang 20 penghapusan, 3 daripadanya didapati mengekalkan fungsi CFTR. Dengan menggabungkan dua pemadaman yang lebih besar, kami memperoleh CFTR berfungsi yang lebih kecil lagi. Analisis tampalan pengapit menunjukkan bahawa pemadaman di kawasan ini tidak menjejaskan ciri, seperti peraturan, kebarangkalian terbuka dan kebebasan voltan masa saluran CFTR. Dalam tampalan saluran tunggal, kami menyedari bahawa CFTR yang dihapuskan urutan mempunyai ledakan terbuka yang lebih lama dan bahawa CFTR yang mengandungi penghapusan berganda membentuk saluran yang sedikit lebih besar (8.7pS) daripada CFTR jenis liar. Walau bagaimanapun, sifat ini tidak boleh menjejaskan keupayaannya untuk mengimbangi kecacatan CFTR, dan saiz saluran yang lebih besar mungkin bermanfaat kerana ia memerlukan lebih sedikit molekul CFTR untuk mencapai tahap pemindahan Cl - yang sama.

Satu pemerhatian yang menarik ialah mutan penghapusan serupa dengan yang menunjukkan fungsi saluran Cl - dalam kajian menggunakan oosit (katak cakar Afrika) tidak berfungsi dalam kajian kami. Ini masih benar walaupun selepas kami memulihkan peptida isyarat CFTR yang telah dipadamkan dalam kajian awal. Ini boleh dijelaskan oleh perbezaan antara oosit amfibia dan sel mamalia. Sebagai contoh, mutan Δ508 berfungsi sepenuhnya dalam oosit tetapi tidak pada sel manusia. Penghapusan dalam domain-R telah disarankan untuk menyebabkan peningkatan kebarangkalian terbuka dari saluran Cl - atau peraturan yang diubah (38). Dalam kajian kami, penghapusan di luar kawasan fleksibel yang menghubungkan domain globular dugaan tidak berfungsi. Kajian awal menggunakan sistem ekspresi phage T-7 / vaccinia dalam sel HeLa juga menunjukkan bahawa terminal C mungkin mengandungi urutan tidak penting (36). Dua daripada pemadaman terminal C kami (C1 memadam 23 aa dan C2 memadam 44 aa) juga berfungsi. Walau bagaimanapun, penghapusan yang lebih luas (C3), yang menghapus residu 72-aa menghasilkan saluran Cl dengan aktiviti yang lebih rendah dan tertunda. Apabila 86 residu aa telah dipadamkan dari terminal C (C4, data tidak ditunjukkan), protein tidak berfungsi. Oleh itu, C2 dan C3 mentakrifkan sempadan (asid amino 1,408–1,436) jujukan penting di kawasan terminal C. Sempadan ini dapat disempit lebih jauh kepada 1,408-1199 residu aa ketika mempertimbangkan mutan fungsional yang menghapus 61 residu aa dari terminal C pada kajian awal (36).

Vektor AAV yang lebih pendek dibungkus dengan lebih cekap. Walaupun pemadaman lain menjejaskan fungsi protein CFTR dalam kajian semasa, masih ada kemungkinan pemadaman yang lebih kecil di kawasan ini dan kawasan lain boleh meninggalkan fungsi CFTR. Malah CFTR berfungsi yang lebih kecil boleh dijana untuk membolehkan penggabungan promoter yang lebih besar dan lebih kuat serta promoter khusus tisu untuk menyatakan fungsi CFTR daripada vektor AAV.

Dengan gen CFTR yang dipendekkan, kami dapat menggabungkan penganjur yang cekap ke dalam vektor AAV untuk meningkatkan tahap ekspresi CFTR. Peningkatan transkripsi CFTR lebih daripada 10 kali ganda berbanding vektor di mana gen CFTR didorong oleh urutan ITR AAV. Di samping itu, saiz vektor yang lebih kecil ini mendorong pembungkusan yang cekap ke dalam virion AAV, yang membolehkan pengeluaran vektor titer tinggi untuk kajian terapi gen. Vektor AAV / CFTR baru ini harus meningkatkan keberkesanan terapi gen CF yang dimediasi oleh AAV.


Gen CFTR memberikan arahan untuk membuat protein yang disebut pengatur konduktansi transmembran cystic fibrosis. Protein ini berfungsi sebagai saluran merentasi membran sel yang menghasilkan lendir, peluh, air liur, air mata, dan enzim pencernaan. Saluran mengangkut zarah bermuatan negatif yang disebut ion klorida ke dalam dan keluar dari sel. Pengangkutan ion klorida membantu mengawal pergerakan air dalam tisu, yang diperlukan untuk pengeluaran lendir nipis yang mengalir bebas. Lendir adalah bahan licin yang melincirkan dan melindungi lapisan saluran pernafasan, sistem pencernaan, sistem pembiakan, dan organ dan tisu lain. Protein CFTR juga mengatur fungsi saluran lain, seperti saluran yang mengangkut zarah bermuatan positif yang disebut ion natrium merentasi membran sel. Saluran ini diperlukan untuk fungsi normal organ seperti paru-paru dan pankreas.

Keadaan klinikal
Gen CFTR dikaitkan dengan fibrosis sista resesif autosomal (MedGen UID : 41393). Gangguan berkaitan CFTR lain termasuk ketiadaan dua hala kongenital vas deferens ( CBAVD MedGen UID : 98021) dan peningkatan risiko pankreatitis ( PMID : 17003641, 11729110).

Cystic fibrosis (CF) dicirikan oleh penumpukan lendir yang dapat merosakkan sistem pencernaan, pernafasan, dan pembiakan (PMID: 10872417). Keterukan CF berkisar dari ringan hingga teruk dan terdapat perbezaan yang ketara dalam persembahan, walaupun dalam keluarga (PMID: 10872417, 12124743, 19106752). Gejala termasuk batuk kronik, selesema dada berulang, berdehit, sesak nafas, jangkitan sinus berulang, berpeluh berlebihan, dan pertumbuhan yang buruk. Pada CF klasik, gejala bermula pada awal kanak-kanak, dengan jangka hayat rata-rata pada 40-an. Apabila penyakit itu berlanjutan, pembentukan lendir dan jangkitan berulang membawa kepada kerosakan paru-paru yang tidak boleh diperbaiki dan komplikasi paru-paru, yang dianggap sebagai punca utama kematian (Yayasan Cystic Fibrosis. www.cff.org. Diakses pada 29 Januari 2018). In addition to pulmonary disease, around 80-90% of individuals with classic CF have pancreatic insufficiency, which causes digestive problems, malnutrition, and poor growth (PMID: 27878805). Other symptoms include meconium ileus at birth (

20% of affected newborns), diabetes (20% of adolescents 40-50% of adults), liver disease (5-10% of affected individuals in the first decade of life), and male infertility (>95% of affected males PMID : 28986020,19542209, 21658639, 29216686).

In mild cases of CF, symptoms may present later in life, with less severity, and may not impact life expectancy ( PMID : 16217177).

CBAVD is associated with male infertility and refers to bilateral hypoplasia or aplasia of the vas deferens and seminal vesicles. Men are typically azoospermic but have normal testicular function and spermatogenesis, and are therefore able to have biological children with assisted reproductive technology ( PMID : 21658649).

Hereditary pancreatitis is characterized by recurring episodes of acute inflammation of the pancreas beginning in childhood or adolescence and leading to chronic pancreatitis. The clinical presentation is highly variable and may include chronic abdominal pain, impairment of endocrine and exocrine pancreatic function, nausea and vomiting, maldigestion, and diabetes ( PMID :17204147). Pathogenic variants in CFTR may confer an approximately four- to ten-fold increased risk for chronic pancreatitis in heterozygous carriers. Other genetic and environmental risk factors are also known to modify this risk ( PMID : 22942235, 9219780, 18059268, 18172691, 20977904, 21520337, 11729110). Chronic pancreatitis is a risk factor for pancreatic cancer ( PMID : 25170203).

Gene information
The CFTR gene, located on chromosome 7, encodes the cystic fibrosis transmembrane ( CFTR ) conductance regulator. This protein functions as a channel across the membrane of cells that produce mucus, sweat, saliva, tears, and digestive enzymes. The channel transports negatively-charged chloride ions into and out of cells, which helps to control the movement of water in tissues, and is necessary for the production of thin, freely flowing mucus lining the airways, digestive system, reproductive system, and other organs and tissues. The CFTR protein also regulates the function of other channels, such as those that transport positively-charged sodium ions, which are necessary for the normal function of various organs (e.g., the lungs and pancreas). Variants in CFTR can cause the absence of the protein or a protein that doesn’t function properly ( PMID :10454765, 10773783).

Warisan
Cystic fibrosis and CBAVD exhibit autosomal recessive inheritance, and the affected individuals have two pathogenic variants-one in each copy of their CFTR genes. Affected individuals will pass one pathogenic CFTR variant to all of their children. For partners who each carry a pathogenic variant in CFTR , the risk of having have an affected child is 25% (per pregnancy).

The increased risk for hereditary pancreatitis follows an autosomal dominant pattern of inheritance. This means that an individual with a single pathogenic variant has a 50% chance of passing along that variant and the increased disease risk to their offspring.

Family members of individuals with pathogenic CFTR variants may consider genetic testing, as they may be carriers as well.

Management of affected individuals
While there is currently no cure for CF, early treatment can improve quality of life and increase life expectancy. Individuals with CF should be followed by a multi-disciplinary CF Foundation Accredited Care Center for monitoring and treatment. Symptom-specific and age-related management guidelines have been established ( PMID : 17761616, 19914443, 19914445, 20675678, 27009033, 26452630, 26453627, 29106796, 29342367).

Treatments include nutritional supplements and respiratory therapies primarily focused on managing symptoms. Treatment is initiated upon diagnosis, and new prophylactic treatment options are continually evolving ( PMID : 24932877, 29264936).

  • prophylactic antibiotics ( PMID : 27009033)
  • vaccinations (including influenza, pneumococcal polysaccharide [PPSV23], and pneumococcal conjugate PMID : 27009033)
  • chest physiotherapy ( PMID : 17761616, 20675678)
  • bronchodilator medications to increase airflow to the lungs as needed ( PMID : 27009033)
  • high-salt diet ( PMID : 27009033)
  • pancreatic enzymes ( PMID : 27009033, 27878805)
  • nutritional therapies and supplements ( PMID : 27009033)
  • CFTR modulator therapies and variant-specific medications ( PMID : 29342367)
  • surgeries, including sinus surgery and organ transplants (including lung, liver, kidney PMID : 15541981,15914093, 28816015, 29182491)
  • fertility treatment for male infertility/CBAVD ( PMID : 29216686)

Monitoring recommendations include quarterly visits for physical exam and testing, including respiratory cultures, pulmonary function, liver function, radiographs, chest CTs, and various blood tests ( PMID 27009033). Psychiatric evaluation annually is also recommended to check for depression and anxiety. ( PMID : 26452630).

Additionally, affected individuals should avoid respiratory irritants (such as cigarette smoke), dehydration, and close contact with individuals with respiratory infections ( PMID : 27009033). Family members and caregivers should also receive annual influenza vaccination ( PMID : 27009033).

Management for carriers
Treatment for hereditary pancreatitis primarily focuses on pain management, maldigestion, and monitoring for diabetes and pancreatic cancer ( PMID : 27555793). Adhering to a low-fat diet, eating small and frequent meals, taking enzyme supplements, keeping hydrated, and avoiding alcohol and smoking are advised ( PMID : 27555793). In some cases, surgery (including total pancreatectomy with islet autotransplantation) may be warranted ( PMID : 24555976). Specific recommendations exist for the treatment of pancreatic diabetes ( PMID : 23890130).

Carriers are also at an increased risk of having a child affected with CF. For those of reproductive age, partners of known carriers should consider genetic testing to determine their reproductive risk. Around 1 in 31 people in the US are carriers of CF (Cystic Fibrosis Foundation. www.cff.org. Accessed January 29, 2018) however, this risk varies slightly based on ethnicity. Reproductive options are available for at-risk carrier couples, including prenatal diagnosis, IVF with preimplantation genetic diagnosis ( PGD ), gamete donation, and adoption. Additionally, newborn screening for CF is available in every state.


PERBINCANGAN

walaupun CFTR gene shows tight control of its temporal and spatial expression, the underlying mechanisms responsible for controlling this are poorly understood. Elements within the CFTR basal promoter are not able to confer these complex expression patterns, indicating that key elements must lie elsewhere within the gene or in adjacent chromatin. In this context it may be relevant that ASZ1 dan CTTNBP2, which flank the CFTR locus, are located within the functional range of enhancers and other promiscuous regulatory elements, yet exhibit distinct tissue-specific expression from CFTR [6,7]. We have shown that two DHS, at �.9 kb from the CFTR translational start site and at +15.6 kb from the 3′ end of the gene, show functional properties of insulator elements. We propose that these two regions are responsible for establishing an independent expression domain at the CFTR lokus. Using a standard assay for insulator activity [20,24], the �.9 kb DHS was shown to have enhancer-blocking activity comparable with that of the chicken β-globin HS4 insulator [1,24]. The insulator activity exists within two fragments of approx. 200਋p, termed CD and EF. In the case of CD, but not EF, this activity was attributed to binding of CTCF, a multivalent protein that confers enhancer-blocking activity at the majority of vertebrate insulators [1]. Seorang secara in vitro interaction was demonstrated between EF and Oct-1, a protein that has also been implicated in insulator function [30]. A high level of conservation of the �.9 kb DHS CTCF and Oct-1-binding sites, across a range of mammalian species (see Supplementary Figure 2 at http://www.BiochemJ.org/bj/408/bj4080267add.htm), provides additional support for their important regulatory function.

Previous evidence for an important role for the �.9 kb DHS in CFTR expression was provided by an experiment in which the DHS region was deleted from a 310 kb YAC (yeast artificial chromosome) containing the CFTR gen. Lack of the �.9 kb site and 5′ sequences caused a 60% decrease in transcription from the YAC transgene in Caco2 human colon carcinoma cells [14]. Furthermore, 19 kb of genomic DNA 5′ to the CFTR gene failed to drive reporter-gene expression in transgenic mice [41]. Absence of an enhancer-blocking insulator within the �.9 kb DHS might remove protection against positional effects, and hence result in silencing of the CFTR transgene in this experiment.

The +15.6 kb DHS shows some correlation with CFTR expression in cell lines and, in transgenic mice carrying the 310 kb human CFTR YAC, tissue-specific appearance of the DHS correlated with CFTR expression [12]. In the present study we demonstrate that the +15.6 kb DHS also possesses enhancer-blocking activity that resides in two fragments of approx. 300਋p, named PQ and RS. Although partial matches to the CTCF consensus were identified in both fragments, none of these bound CTCF secara in vitro atau dalam vivo. Although we currently have no information on the proteins responsible for the enhancer-blocking activity of the PQ fragment, candidate proteins have been identified that may contribute to the properties of the RS fragment. We demonstrate that proteins bound to a previously identified DNase I footprint (PR15) [12] confer enhancer-blocking activity to the RS fragment, and we provide evidence for an secara in vitro interaction between PR15 and an RXRα–VDR heterodimer complex. RXRα and VDR are members of the nuclear receptor superfamily, a large family of ligand-activated transcription factors that share several features with CTCF. Specific DNA binding is mediated by two zinc-finger motifs, which, like CTCF, induce DNA bending [42]. Once bound to DNA, nuclear receptors recruit cofactors, such as the histone deacetylase Sin3A, which is also recruited by CTCF [43]. Nuclear-receptor-type proteins and CTCF have also been shown to functionally cooperate. For example, upstream of both the chicken lysozyme and human c-myc genes, CTCF-binding sites are found in close proximity to TREs (thyroid-response elements), able to bind TR (thyroid receptor)–RXR heterodimers [44,45]. In both of these cases, enhancer-blocking by the CTCF–TR composite element is abrogated when TR is bound by thyroid hormone [44]. Interestingly, some nuclear receptors, including RXR, can also interact with Oct-1 [46].

The nuclear-receptor superfamily has many members and, due to heterodimerization between them, a very large number of potential complexes may be formed. In our analysis of PR15, we focussed upon RXRα–VDR heterodimers, since there is a tendency for the half-sites involved in their binding to be separated by 3਋p [36], as is the case for two of the half-sites within PR15. The ligands for RXRα and VDR are 9-cis retinoic acid and vitamin D3 respectively. With the exception of experiments on oestrogen [47,48], hormonal regulation of CFTR expression has not been well-studied and although there are reports of CFTR regulation by retinoic acid [49], there is no evidence for the involvement of vitamin D. Future experiments will determine the physiological importance of RXRα–VDR binding to the +15.6 kb DHS.

Comparison of specific histone modifications across the CFTR locus with the observed location of enhancer-blocking elements was of interest. As expected, a peak of acetylated histone H3, acetylated histone H4 and dimethylated histone H3 was observed at the CFTR promoter region only in cell types that express CFTR. The +15.6 kb DHS region also showed a prominent peak in CFTR-expressing cells. In contrast there was no enrichment of euchromatin-specific modifications at the �.9 kb DHS or immediately 5′ to it (� kb). Such a divergence between the histone modifications seen at 5′- and 3′-flanking insulator elements is also observed at the chicken β-globin locus. The chicken β-globin 5′HS4 insulator has elevated levels of histone H3 acetylation, in contrast with the 3′HS insulator [25]. Interestingly, the 5′HS4 insulator, but not the 3′HS, can protect against positional effect variegation [50]. Thus recruitment of a high density of euchromatin-specific histone modifications may enable insulators to protect against positional effects [51] and this would be predicted to be a property of the CFTR +15.6 kb DHS.

An emerging theme from current insulator studies is that a variety of regulatory elements may exhibit the properties of 𠆎nhancer-blocking’ or �rrier’ insulators, and that there may even be overlap between the mechanism of action of insulators and other regulatory elements [52]. In the present study we have shown that 5′ to CFTR, within the �.9 kb DHS, there is a classical CTCF-dependent enhancer-blocking insulator. However, both within the �.9 kb DHS and 3′ to CFTR in the +15.6 kb DHS, other elements are present that possess CTCF-independent enhancer-blocking activity. We have identified proteins that are potentially responsible for these activities, some of which have been implicated previously at insulator elements for other genetic loci.

Our current model for regulation of expression of the CFTR gene involves multiple regulatory elements interacting in chromatin dalam vivo, probably utilizing different mechanisms in individual cell types that exhibit specific sets of DHS within the gene. We propose that the �.9 kb and +15.6 kb DHS help to create a specific chromatin environment that allows such interactions to occur. The characterization of boundary elements flanking the CFTR locus may be of direct practical relevance in the design of vectors for effective gene therapy of cystic fibrosis. One of the problems encountered in gene therapy protocols is the relatively rapid loss of expression from the CFTR cDNA once it is introduced into mammalian cells [53]. Incorporation of the �.9 kb and +15.6 kb DHS regions into the CFTR expression vectors might enable the establishment of an open chromatin domain around the transgene, following integration into the host cell, thus promoting its prolonged expression.


Erin Myers

Cystic Fibrosis is the most common, lethal disease among Caucasian people. In the United States 4 , Canada 6 and the United Kingdom 9 approximately 1 in every 2,500 children are born with cystic fibrosis. 1 in 25 Caucasians are carriers of the mutant gene that causes Cystic Fibrosis 4 . Such a lethal disease that until recently killed its victims long before they could reproduce, should have died out long ago through natural selection. But the CFTR (cystic fibrosis transmembrance regulator) mutant gene's survival for over 52,000 implies a selective advantage of the mutant gene that causes Cystic Fibrosis 2 .

Cystic Fibrosis is an autosomal recessive disease. For one to have Cystic Fibrosis both of his or her parents must have the mutant gene (ignoring the minute chance of spontaneous mutation). He or she has inherited two mutant genes, one from each parent (he or she has no normal CFTR genes. When two carriers have a baby there is a 25% chance their baby will not carry a mutant CFTR gene (homozygote dominant), a 25% chance their baby will have cystic fibrosis, carrying two mutant CFTR genes (homozygote recessive), and a 50% chance their baby will be a carrier of a mutant CFTR gene (heterozygote), as illustrated in the diagram below.

Cystic Fibrosis affects the respiratory and digestive systems. The CFTR protein normally forms channels in cell membranes, though these channels flow chloride ions. In the lungs this washes away bacteria, mucus and other debris. In the intestines it washes away pathogens and brings digestive enzymes in contact with food. In sweat glands these channels recycle salt out of the glands and back into the skin before it is lost to the outside world 2 . In a person with Cystic Fibrosis thick mucus blocks these channels. Their body cannot perform these functions. This leads to mucus buildup in the lungs, a prime breeding ground for bacteria. In the small intestine the enzymes that break down fat cannot get to the food and digestive problems arise. On a hot day a person with Cystic Fibrosis is at risk to dehydration 10 .

For years scientists have been studying the possible benefits of the mutant CFTR gene. In 1967 A.G. Knudsen, L. Wayne, and W.Y. Hallett published an article in the American Journal of Human Genetics. They collected data of the numbers of live offspring of the Grandparents of CF children. They found that the mean number of offspring for grandparents of CF children was higher (4.34) than the grandparents of a control group (3.43) with only 0.30 standard error, concluding that CF heterozygotes was associated with successful childbirth, and selectively beneficial.

In more recent years scientist identified the advantages of mutant CFTR carriers surviving cholera. The lethal strain of Cholera, Vibrio cholerae , produces a toxin that binds to the cells of the small intestine opening all of the transmembrance regulating ducts pumping out considerable amounts of chloride ions and water about five gallons a day 1 . If the salt and water are not quickly replaced the infected person dies of dehydration. Sherif Gabriel, a cell physiologist of UNC Chapel Hill, experimented with mice that carried the CF mutation and cholera. Not surprisingly, the intestines of mice with cystic fibrosis infected with cholera secreted no fluid. They lacked chloride channels. The amazing discovery he found was that mice that carried one mutant CFTR gene secreted only half the liquid than the non-carrying mice. Gabriel concluded that when cholera infected humans that carried a mutant CFTR, half as much fluid secretion may have been enough to flush the intestines of the toxin without succumbing to diarrhea, dehydration and death 2 . This selective advantage to the many European outbreaks of cholera may explain the high frequency of the gene mutation in Caucasian people of European decent. This argument, however, has been challenged recently on the basis of time.

Not enough time has past since Cholera reached Europe in the 1800's for the frequency of mutant CFTR carriers to be as high at 1 in 25. Gerald Pier of Harvard Medical School aggress that heterozygote advantage caused the high frequency of mutant CFTR genes in the Caucasian population but the advantage is for the resistance to typhoid fever. They found that Salmonella typhi , the causal agent for typhoid fever invades the gastrointestinal cells by attaching to the normal CFTR protein as the first step in eventual infection of the bloodstream, but blockage of these chloride channels also block entrance of the Salmonella typhi into the cells and Salmonella typhi cannot attach to the most common CFTR mutation. The widespread incidence of typhoid fever over much of European History would account for the high frequency of CFTR mutation in Caucasian people of European decent. On the other hand Michael Swift of New York Medical Center has proposed that CF heterozygotes are more resistant to asthma 3 . All of these hypotheses explain the heterozygote advantage of Cystic Fibrosis but fail to explain why they would not be just as beneficial to other parts of the world.

The reason the frequency of CFTR heterozygotes 4 in the Caucasian Populations is so much higher at 1 in 25 than those of Hispanics (1/46), Blacks (1/60), and Asians (1/150) has to do with a comparative disadvantage that out ways advantages in the indigenous areas of these people. Physiologist Paul Quinton of the University of California at Riverside argues that the cystic fibrosis mutation may not have survived outside Europe because in hot climates it entailed an additional disadvantage. He asserts that salty sweat associated with Cystic Fibrosis is more of a disadvantage in hot climates than protection against diarrhea. Experiments have shown that CF carriers have saltier sweat than people with two normal alleles. The Human body is made to conserve salt, which until recently was a precious commodity. Humans in hot climates that spent a lot of time running after prey could not afford to loose as much salt as a carrier would. Carriers in this environment would be more susceptible to dehydration 2 .

It seems that one way or another, dehydration is the variant in the frequency of cystic fibrosis. In the cooler climate of Northern Europe the mutant CFTR gene protected people from many fatal diseases that cause diarrhea and dehydration (cholera, typhoid, E. coli), but in the warm climates of the Americas, Southern Europe, Africa and Asia this advantage was out weighed by the threat of heat related dehydration. It is interesting to see the advantages of diversity even in something as small as a gene.

1 How Cholera Became a Killer, the one deadly strain of Vibrio Cholerae

2 Hidden Benefits, the 52,000 year survival of the mutant gene that causes CF

3 Cystic Fibrosis and Typhoid Fever, rejection of the cholera hypothesis

4 US Population Frequency, statistics of the frequency of CF affected and carriers

5 Selective Advantage of CF Heterozygotes, 1960's study of live births among CF carriers

6 Canadian Cystic Fibrosis Foundation, tons of basic facts with search option

7 WebMD Cystic Fibrosis, symptoms, cause, treatment, references

10 Scientific American CF article, genetic defects underlying the disease


CF Within the Cells

The role of genes

Genes carry the instructions for every part of the body. An error or mistake in these instructions can cause certain diseases.

A specific gene is responsible for CF. It’s called the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gen. This gene contains the instructions for producing CFTR proteins, which do an important job on the surface of certain cells throughout the body.

But when someone has CF, a change (called a mutation) in each of the 2 copies of this gene results in CFTR proteins that aren’t able to do their job. Because of this, mucus, which is a slippery substance lining many different organs, gets too thick, causing infections and damage.

Here’s the fact: In order for someone to have CF, they must have a mutation in both of their CFTR gen.


Sistik Fibrosis

Effects . The symptoms and severity vary widely. Although cystic fibrosis is congenital, it may not manifest itself significantly during the early weeks or months of life, or it may cause intestinal obstruction and perforation in the newborn. The chief cause of complications is the extremely thick mucus produced. Normal mucus bathes and protects internal surfaces, transports chemicals produced in one organ through intricate small ducts to another organ, and carries bacteria, dirt, and wastes to be eliminated from the body thus it needs to flow easily. The mucus of cystic fibrosis, in contrast, is highly adhesive. Bacteria and other matter stick to it, and it in turn clogs the lungs and usually interferes with the flow of digestive enzymes from the pancreas to the small intestine.

In the lungs, the mucus blocks the bronchioles, creating breathing difficulties. Infection develops, thereby increasing obstruction of the air passages. Air becomes trapped in the lungs ( emphysema ), and scattered small areas eventually collapse (patchy atelectasis ). Repeated infections follow, inflaming and damaging lung tissue and leading to chronic lung disease. The organism that produces infection in cystic fibrosis is almost always a staphylococcus, but other organisms may be present in more severe cases. About half of children with cystic fibrosis have lung-related symptoms.

When mucus prevents the pancreatic enzymes from reaching the duodenum (as in about 80 per cent of cystic fibrosis patients), digestion is hindered. Fats especially are poorly digested and absorbed. The child may have a voracious appetite, yet fail to grow normally or gain weight. There may be marked signs of malnutrition. The outstanding symptom associated with pancreatic enzyme deficiency is frequent bulky, fatty, and foul-smelling feces.

Between 5 and 10 per cent of cystic fibrosis babies are born with intestines obstructed by puttylike intestinal secretions (meconium ileus ) and die unless the condition is diagnosed promptly and relieved by surgery within the first few days of life. Such relief does not protect the child against the other manifestations of cystic fibrosis, although these may not appear until later.

Because cysts and scar tissue on the pancreas were observed during autopsy when the disease was first being differentiated from other conditions, it was given the name cystic fibrosis of the pancreas. Although this term describes a secondary rather than primary characteristic, it has been retained.

Treatment . Under careful supervision by the health care team, parents are taught the principles of home treatment of cystic fibrosis. The child may be required to sleep regularly in a plastic mist tent, into which a dense fog is pumped to help liquefy mucus and check infection. Aerosol therapy is generally prescribed. Extracts of animal pancreas taken with meals, which should be high in protein and low in fat, compensate for pancreatic deficiency. Physical therapy involving postural drainage together with &ldquoclapping&rdquo and &ldquovibrating&rdquo aids in loosening the mucus so that it can be coughed up and expectorated.

It is estimated that in the United States cystic fibrosis occurs once in every few thousand births. Caucasians appear more subject to it than blacks, and among those of Asian descent it seems to be rare.

Patient Care . Maintenance of the child's nutritional status may be difficult because of his tendency to cough and vomit frequently during feedings, and also because of difficulty in breathing. Small amounts of food, given slowly and at frequent intervals, are best for infants as well as for small children with cystic fibrosis.

Skin care is important, especially for infants and toddlers who are not yet toilet trained. The stools are likely to be copious and extremely irritating to the skin. Frequent turning of the infant or bedridden child helps to prevent decubitus ulcers and lessens the danger of pneumonia, a constant threat to these children. Prevention of infection is a most important aspect of the care of these children because of their extreme vulnerability to disorders of the respiratory tract.

Education of the parents must include the dietary regimen how to use the Croupette, a machine for aerosol therapy in the home hygienic measures to prevent infections and the importance of continuous medical follow-up and administration of medications prescribed for the child.


Tonton videonya: Pengendalian Mutu Pangan Minggu 10 (Disember 2022).