Ανάλυση μικροσυστοιχιών DNA σε διαφορετικές ανθρώπινες κυτταρικές σειρές μετά από μόλυνση από ιούς

Abstract

Technology and information technology have invaded the medical science and the field of research with the technology of DNA microarrays. With the new technology the relative levels of expression of all genes of an organism can be calculated, DNA regions that interact with other DNA regions or specific proteins can be characterized. All these interaction contribute for the survival of the cell and the harmonious cooperation of the cell with neighbor cells or tissues. The regulatory mechanisms that exist interact with each other depending on the state of the cell or the stimulus and then activate new mechanisms or alternative mechanisms – pathways, in response of the different stimulus and information that the cell receives each time from the intracellular or extra-cellular environment. Two cell lines were compared with the use of DNA microarrays in order to identify genes that play a regulatory part in both cell lines and genes that are expressed in a tissue-specific manner. The use of HeLa epithelial and Namalwa B-cells with the combined effect of Sendai virus was the first step for the characterization and recognition of the reprogramming phenomenon in this study. From the analysis less genes were significantly differentially expressed in Namalwa cells after Sendai virus infection but with higher levels of gene expression. Consequently the effect of virus causes more direct and greater response in B cells, fact that is revealed from the big differences in the levels of gene expression in the two cell lines. This differences in the number of genes and in the levels of expression is likely to be caused due to the different histone acetylation and methylation or to the architecture of chromatin, or to the different distribution of the nucleosome on the promoter region of the same gene in the two cell lines and the presence of histone isoforms. Experiments in the lab have shown that the differential distribution of macroH2A on the chromatin in HeLa and Namalwa cells contributes to the differential gene expression that takes part after virus infection. Microarray technology revealed that virus infection reprograms the host genome in HeLa and Namalwa. Different cluster of genes and in various expression levels were activated in order to confront the viral invasion. Key role in this differential reprogramming plays the cell specific distribution of macroH2A on the promoter regions of the genes. From microarray experiments that were carried out in the lab concerning the mechanisms of deposition of macroH2A1 on the genome of HeLa and Namalwa cells, a more strict deposition was located in Namalwa cells. A greater number of genes were found to be affected from the decrease in macroH2A levels in the B-cells. On the contrary increase in macroH2A levels seemed to effect the gene expression levels of HeLa cells, suggesting that macroH2A does not follow the same strict rules as in Namalwa cells and that the deposition of the protein can occur more often with a more relaxed way, thus affecting the gene expression. .........................................................................................

Η τεχνολογία και η πληροφορική στον τομέα των ιατρικών επιστημών και στον χώρο της έρευνας έχει εισβάλλει και με την τεχνολογία των μικροσυστοιχιών DNA μέσω των οποίων μπορούν να υπολογιστούν τα σχετικά επίπεδα της έκφρασης όλων των γονιδίων ενός οργανισμού, να ταυτοποιηθούν περιοχές DNA που αλληλεπιδρούν είτε μεταξύ τους, είτε με διάφορες πρωτεΐνες με στόχο την επιβίωση, την εύρυθμη λειτουργία του κυττάρου και την αρμονική συνεργασία του με γειτονικά κύτταρα και ιστούς. Οι ρυθμιστικοί μηχανισμοί που υπάρχουν προκειμένου να πραγματοποιηθούν όλες αυτές οι διαδικασίες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και ανάλογα με την περίσταση ή το ερέθισμα που δέχονται τα κύτταρα ενεργοποιούν συγκεκριμένους μηχανισμούς ή θέτουν σε εφαρμογή εναλλακτικούς μηχανισμούς ή μονοπάτια, σε απόκριση του διαφορετικού ερεθίσματος και πληροφορίας που δέχονται κάθε φορά από τον εξωκυττάριο ή ενδοκυττάριο χώρο. Συγκρίθηκαν δύο διαφορετικές κυτταρικές σειρές προκειμένου να εντοπιστούν, με την τεχνολογία των μικροσυστοιχιών DNA, γονίδια τα οποία παίζουν ρυθμιστικό ρόλο και στους δύο κυτταρικούς τύπους, αλλά και γονίδια των οποίων η έκφραση είναι ιστο-ειδική. Η χρήση των HeLa επιθηλιακών και Namalwa Β-κυττάρων σε συνδυασμό με την επαγωγή τους από Sendai ιό ως εξωκυτταρικό ερέθισμα αποτέλεσε το πρώτο βήμα στον χαρακτηρισμό και ταυτοποίηση του γονιδιακού προφίλ των δύο αυτών κυτταρικών τύπων. Από την ανάλυση παρατηρήθηκε ότι λιγότερα γονίδια επάγονται στα Namalwa κύτταρα τα οποία είνουν να έχουν μεγαλύτερα επίπεδα έκφρασης. Συνεπώς η επίδραση του ιού προκαλεί πιο άμεση και σε μεγαλύτερο βαθμό απόκριση στα Β- κύτταρα, γεγονός που γίνεται αντιληπτό από τις μεγάλες διαφορές στον λόγο έκφρασης των γονιδίων στις δύο κυτταρικές σειρές. Οι διαφορές αυτές στον αριθμό των γονιδίων και στα επίπεδα έκφρασης είναι πιθανόν να οφείλονται σε διαφορετική ακετυλίωση και μεθυλίωση των ιστονών, στην αρχιτεκτονική της χρωματίνης, στην ακριβή θέση του νουκλεοσώματος στον υποκινητή του ίδιου γονιδίου στις δύο κυτταρικές σειρές και παρουσία ισομορφών ιστονών σε αυτό. Από πειράματα στο εργαστήριο έχει βρεθεί ότι η διαφορετική κατανομή της macroH2A στη χρωματίνη των HeLa και Namalwa κυττάρων επαναπρογραμματίζει το γονιδίωμα των κυττάρων προκειμένου να αντιμετωπίσουν την ιϊκή μόλυνση. Συμπεραίνουμε ότι η μόλυνση ανθρώπινων κυτταρικών σειρών με ιό φαίνεται να επαναπρογραμματίζει το γονιδίωμα του ξενιστή και να οδηγεί σε αλλαγή έκφρασης των γονιδίων στις κυτταρικές σειρές HeLa και Namalwa. Ακόμη αποδεικνύεται ότι διαφορετικοί τύποι κυττάρων ενεργοποιούν διαφορετικές ομάδες γονιδίων σε διαφορετικό βαθμό (επίπεδα έκφρασης) προκειμένου να αντιμετωπίσουν την ιϊκή μόλυνση. ............................................................................................................................