Vad gör IRX3?

Okej, så det verkar som att associationen mellan intron 1 av FTO och övervikt samt diabetes förklaras av en reglerande effekt på granngenen, IRX3. Men vad gör IRX3 då? Hur är den inblandad i hur tung en blir? Ja, det är det ingen som riktigt vet. Först och främst har den en siffra i namnet, så alla kan gissa att det är den tredje i en familj av IRX-gener. Det är ganska typiskt för gener att de förkommer i familjer av liknande gener som bildats av duplicerande mutationer någon gång under den evolutionära historiens gång. De flesta djur har flera IRX-gener. Ryggradsdjur har sex stycken organiserade i två kluster på varsin kromosom. (Kerner m. fl. 2009) En bit efter FTO och IRX3 i människans kromsom 16 kommer IRX5 och sedan IRX6.

IRX står för Iroquois-familjen efter en muterad bananfluga vars borst tydligen ser ut som en tuppkamsfrisyr. De innehåller en homeodomän, ett återkommande motiv hos många proteiner som reglerar genuttryck. De har betydligt fler och intressantare funktioner än utvecklingen av borst: de är med och bygger upp kroppens former i flugembryon och nervsystemets och hjärtats utveckling hos ryggradsdjur. Sannolikt utövar familjen de funktionerna genom att reglera en väldigt massa andra gener, som transkriptionsfaktorer plägar göra. (Cavodeassi m. fl. 2001)

Så familjen är inblandad lite här och där och den uttrycks lite överallt. Titta på tabell 1 från Houweling m fl. (2001; artikeln är fritt tillgänglig och första tabellen kommer nästan direkt) som sammanfattar mätningar av genuttryck i olika delar av musembryon. IRX3 ligger i IrxB-klustret, så ett B i tabellen betyder att den uttrycks tillsammans med de andra i samma kluster. Etta A betyder är samma sak men för det andra klustret. Ett E betyder att den avviker från de andra två i klustret; ett I betyder att alla uttrycks lika mycket och ett streck att den litet eller inget uttryck. Det är flest A, B och I. Det vill säga: flera familjemedlemmar tenderar att uttryckas tillsammans, särskilt de i samma kluster och särskilt IRX3 och 5. Det här är inte heller så konstigt, men det gör det svårare att reda ut vad en enskild IRX-gen håller på med.

Som en liten illustration: möss utan IRX3 verkar enligt Smemo & co (2014; alltså den artikeln som föranledde den här serien poster) klara sig bra utan konstiga defekter, mer än att de är små och inte blir tjocka av fett foder. Men om hela IrxB-klustret tas bort (och tre andra gener, i och för sig, vilket naturligtvis kan vara en del av orsaken) blir resultatet stackars möss med diverse skelettdefekter (Peters m. fl. 2002). Både IRX3 och IRX5 verkar vara nödvändiga för hjärtat på olika sätt: IRX5 för att hjärtat ska uttrycka rätt jontransportprotiner (Costantini m. fl. 2005) och IRX3 för att det ska bilda cellkontakter och sprida nervsignalen när det ska slå (Zhang m. fl. 2011).

Efter det ovanstående verkar det ju inte så långsökt att Smemo & co tittar på IRX3-uttryck i hjärnan. Deras hypotes om hur IRX3 påverkar vikten är att den skulle mixtra med hjärnans signallering till fettvävnaden och öka förbränningen. Finns det något annat i litteraturen som knyter IRX3 till ämnesomsättning eller aptit? Ja! Redan 2010 kom nämligen en artikel som hävdade att FTO-association kanske förklarades av IRX3-reglering (Ragvin m. fl. 2010). Deras angreppssätt för att hitta reglerande regioner var inte som Smemo & co att fånga in kromosombitar som interagerar, utan att titta efter evolutionära mönster. Viktiga delar av genomet tenderar att konserveras därför att naturligt urval motverkar mutationer som ändrar deras funktion. Oviktiga delar, vilket är lejonparten av genomet, kan muteras sig i stort sett hur mycket som helst.

De hittade konserverande icke-kodande sekvenser nära FTO och testade dem i ett så kallat reporterexperiment, vilket betyder att en sätter in sekvensen i någon organism tillsammans med någon gen som är lätt att detektera när den uttrycks. I det här fallet använde de ett grönt fluorescerande protein (som heter GFP … väldigt fantasifullt) och zebrafiskembryon. Om den konserverade sekvensen verkligen är reglerande kommer cellerna alltså fluorescera grönt när de belyses med ljus av rätt våglängd. Mycket riktigt, de associerade varianterna ligger i reglerande sekvenser som är aktiva i delar av embryot där IRX3 också är aktivt, bland annat i bukspottkörteln.

Bukspottkörteln, ja. Alla diabetesintresserade borde höja på ögonbrynen nu. Författarna prövade att slå ut IRX3 i fiskembryon och fann att det påverkade bildningen av både insulin-, ghrelin- och glukagonproducerande celler. Alla tre är viktiga hormoner för ämnesomsättningen. Insulin och glukagon reglerar blodsocker och ghrelin reglerar aptit. Kort och gott: Smemo & co och och Ragvin & co har båda resultat som tyder på att det är IRX3 som är den viktiga genen. Men de föreslår olika mekanismer, och det kan mycket väl vara både och.

Litteratur

Kerner & al (2009) Evolutionary history of the iroquois/Irx genes in metazoans. BMC Evolutionary biology.

Cavodeassi & al (2001) The Iroquois family of genes: from body building to neural patterning. Development.

Houweling & al (2001) Gene and cluster-specific expression of the Iroquois family members during mouse development. Mechanisms of development.

Costantini & al (2005) The Homeodomain Transcription Factor Irx5 Establishes the Mouse Cardiac Ventricular Repolarization Gradient. Cell.

Zhang & al (2011) Iroquois homeobox gene 3 establishes fast conduction in the cardiac His–Purkinje network. PNAS.

Peters & al (2005) The mouse Fused toes (Ft) mutation is the result of a 1.6-Mb deletion including the entire Iroquois B gene cluster. Mammalian genome.

Ragvin & al (2010) Long-range gene regulation links genomic type 2 diabetes and obesity risk regions to HHEX, SOX4, and IRX3. PNAS.

Smemo & al (2014) Obesity-associated variants within FTO form long-range functional connections with IRX3.
Nature

Annonser

Den där artikeln om övervikt, FTO och IRX3

Detta har hänt: Hur mycket människor väger har en genetisk komponent och det finns flera studier som kopplar varianter i en gen som heter FTO till övervikt och typ 2-diabetes. Precis vilken den orsakande varianten är och hur den påverkar vikt är inte klart. Häromdagen publicerades en vetenskaplig artikel med resultat som tyder på att varianterna, även om ligger i FTO, kanske utövar sin effekt genom att påverka regleringen av en helt annan gen som ligger en bra bit bort, IRX3. Både FTO och IRX3 verkar ha effekter på vikt i experiment med genetiskt förändrade möss. Förvirringen om vad som egentligen pågår blir alltså ännu större, om än på en högre nivå. I fredags skrev jag lite om detta men utan att gå in på vad artikeln egentligen handlade om. I den här posten ska vi skruva upp genetiknördigheten en smula. Låt oss börja med en bild: så här ser området med FTO och IRX3 ut i UCSC-genomläsaren. Det är en bit av det mänskliga referengenomet, kromosom 16, med kända gener utritade.

hgt_genome_7723_756580

Först och främst, vad är problemet egentligen? Det finns en association till varianter som ligger i FTO. De ändrar i och för sig inte på den kodande delen av genen, men de ligger i första intronen, där det rätt ofta finns reglerande sekvenser. (Titta på spåren märkta ”FTO” i bilden ovan. De kodande bitarna är de tjockare lådorna och intronerna är strecket emellan. IRX3 är nästa gen längs kromosomen.) FTO är den uppenbara kandidaten. Tidigare har folk använt två sorters experiment för att pröva om FTO faktiskt är den orsakande genen och de har fått resultat som förefaller motsäga varandra. Å ena sidan, att mixtra med genen i möss. Det är ett sätt att titta på genens normala funktion: om mössen ökar eller minskar i vikt i jämförelse med kontrollmöss har den antagligen med viktreglering att göra … på något sätt. Och mycket riktigt: möss utan FTO blir magra och möss som uttrycker extra mycket FTO blir stora.

Å andra sidan, genuttryckskartläggning. Det vill säga: Om de genetiska varianterna verkligen har en reglerande effekt borde uttryck av FTO, alltså hur mycket av genen som tillverkas, också vara associerat med samma varianter. Men så är det inte. Så även om FTO visst är inblandat i vikt på något sätt, så verkar det inte vara den underliggande genen till associationen i människor. Om inte det viktiga händer i någon vävnad vid någon tidpunkt där ingen ännu tittat, vill säga.

Hur får en då veta om varianterna kanske reglerar någon annan gen? Ett sätt är att leta efter vilka delar av dna-strängen som är fysiskt nära varandra i cellkärnan. Det där kan behöva en förklaring. Vanligtvis när jag skriver att sekvenser är ”nära” varandra menar avståndet längs dna-strängen. Men när kromosomen är i sitt verkliga tillstånd i cellkärnan ligger den delvis ihoplindad, delvis utsträckt och reglerande sekvenser som påverkar varandra är också nära varandra i rymden. Den teknik författarna använt, circular chromosome conformation capture, går ut på att fånga in sådana sekvensbitar som rör vid varandra, sekvensera dem och på så sätt bygga upp en karta över vilka kromosombitar som har reglerande interaktioner. Det är förstås inte självklart att två bitar som råkar vara nära varandra har någon sorts reglerande interaktion, men om de förekommer tillsammans tillräckligt pekar det i alla fall i den riktningen.

De undersökte den del av FTO-genen som är associerad med övervikt i människor i vävnadsprover från möss. Det visar sig den FTO-biten (47 000 baser) ofta befinner sig nära inte bara området före själva FTO-genen, vilket sannolikt innehåller genens viktigaste reglerande sekvens (promotorn), utan också med IRX3, som ligger en ganska bra bit bort. Och när de sedan tog fram genetiskt förändrade IRX3-knockout-möss visade de sig väga mindre och när de sattes på högfettdiet gå upp mindre i vikt och bli mindre insulinresistenta än vanliga möss. Det är de här genetiskt förändrade mössen som en av författarna, Chin-Chung Hui, beskrev som ”helt resistenta mot fetma orsakad av fet mat” (TT). Dessutom, att mixtra med IRX3 verkar inte ha någon effekt på uttrycket av FTO. Den förefaller verka oberoende av FTO.

Så långt mössen! Författarna tittade på genuttryck i mänsklig hjärna: är varianterna som kopplats till övervikt också associerade med genuttryck? Som förut, ingen association med uttryck av FTO, men med IRX3! Effekten är inte överväldigande tydlig, men det tyder i alla fall på att varianterna i FTO faktiskt har en reglerande effekt på IRX3.

Vart leder allt det här? Sammantaget verkar IRX3 vara en bättre kandidat till att vara den orsakande genen än FTO. Även om tidigare resultat ganska klart visar att FTO också har något med vikt att göra, så verkar det som att just den här varianten, även om den ligger i en intron av FTO faktiskt utövar sin effekt genom att reglera en annan gen. Så rörigt kan det vara.

Litteratur

Smemo & al (2014) Obesity-associated variants within FTO form long-range functional connections with IRX3.
Nature

Vad menas med fetma-gen? FTO, IRX3 och alltings rörighet

”Fetma-gen upptäckt. Man blir aldrig fet om man saknar den”, stod det. Och jag tänkte: jag är tvungen att blogga om det här, eller hur? Det handlar om genen FTO, som sedan tidigare är känd för att vara kopplad till övervikt i associationsstudier. Det vill säga: vissa människor har en variant av FTO som gör dem, i medeltal, tyngre än de som har en annan FTO-variant. FTO är absolut inte den enda förklaringen till ärftliga skillnader i vikt, men den har en hyfsat stor effekt, tydligen i medeltal 3 kg skillnad mellan homozygoterna. Frågan är bara hur det går till? Vad sjutton är det genen gör, och vad är det för skillnad på varianten som gör en tyngre och den som gör en lättare? En ny artikel (Smemo m.fl 2014) tyder på att varianterna, även om de ligger i FTO, kanske utövar sin effekt genom att reglera en helt annan gen, IRX3. TT:s text av Johan Nilsson (DN, DI, SvD) är inte så illa:

Upptäckten, som presenteras i tidskriften Nature, visar samtidigt hur komplicerad arvsmassans reglering kan vara. /…/ Forskare från flera länder började då undersöka saken närmare och har nu upptäckt att små delar inuti FTO-genen i själva verket styr en helt annan gen: IRX3, som ligger hundratusentals baspar bort från FTO-genen.

Det är ofta bra att tänka sig två typer av genetik: Genetik i den första bemärkelsen (obs, numreringen är min egen och inte tillämplig i något annat sammanhang) handlar om molekylära gener och deras funktion utan vidare hänsyn till genetisk variation. Det är den typen av data en får sig till livs genom att slå upp gener i de flesta databaser, en beskrivning av proteinet som den kodar för och vilka typer av reaktioner eller processer det deltar i. Det är den typen av information som genernas jobbiga akronymer till namn ofta står för. Det är sådant en får veta genom att slå ut en gen i någon försöksorganism och se vilka processer som inte fungerar utan den. Genetik i den andra bemärkelsen handlar om genetisk variation: när en del individer har en viss variant av en gen, andra individer har en annan, och de varianterna fungerar olika. Det är den här typen av genetik som förklarar ärftliga skillnader mellan individer och populationer och den typ av data som kommer ur genetisk kartläggning. Det handlar naturligtvis också om geners funktion, men mer specifikt hur genetiska varianter ändrar geners funktion.

Den här artikeln kombinerar experiment faller i båda kategorierna. Syftet är att förklara hur genetiska varianter i FTO som upptäckts i associationsstudier fungerar, vilket är genetik i den andra bemärkelsen. Men för att göra det använder de bland annat genetiskt modifierade möss utan IRX3, och det är ett experiment i den första kategorin. När det står så här (TT-artikeln) handlar det alltså om genetiskt förändrade knock-out-möss:

Möss som saknar genen förblir smala, nästan oavsett hur mycket fet mat de äter. Dessutom tycks de inte utveckla diabetes.

Det är alltså inte en beskrivning av något en kan och bör göra i människor som någon sorts bantningskur. Det är utfallet i ett experiment som visar att IRX3 har något med viktreglering att göra. Okej, men vad har den med viktreglering att göra och hur hänger de två generna FTO och IRX3 ihop med varandra? Artikeln ifråga innehåller imponerande experiment om just detta. Den otåliga läsaren kan titta vidare på själva artikeln, men jag tänkte återkomma om några dagar med en sammanfattning.

Litteratur

Smemo & al (2014) Obesity-associated variants within FTO form long-range functional connections with IRX3.
Nature