Neues genetisches Screening für die Huntington-Krankheit

Die Huntington-Krankheit ist eine genetische Erkrankung, die schwächend und fortschreitend ist und zu schweren Hirnschäden und schließlich zum Tod führt. Bei Patienten mit dieser autosomal-dominant vererbten Erkrankung ist ein Protein namens Huntingtin-Protein vorhanden, das im Gehirn Klumpen bildet, die zu den Krankheitssymptomen führen.

Forscher des MIT haben eine Möglichkeit entwickelt, ein genetisches Screening durchzuführen, das dabei helfen könnte, die Gene zu erkennen, die das Überleben der Neuronen vorhersagen. Ihre Screening-Methode wurde erweitert, um die Gene zu erkennen, die die Bildung und Schädigung des Gehirns durch das mutierte Protein Huntingtin verursachen. Die Ergebnisse dieser neuen Studie wurden in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift veröffentlicht Neuron.

Eine genomweite Analyse hat Gene entdeckt, die für das Überleben von Neuronen unerlässlich sind, sowie Gene, die vor den Auswirkungen der Huntington-Krankheit schützen. Bildquelle: Romanova Natali / Shutterstock

Den Forschern zufolge konnten zwar die Gene identifiziert werden, die für das Auftreten des mutierten Proteins verantwortlich sind, es führte aber auch zu einem Angriffsziel für Medikamente, das, wenn es weiterverfolgt wird, zu einer möglichen Behandlung der tödlichen und unheilbaren Huntington-Krankheit führen könnte. Myriam Heiman, außerordentliche Professorin für Neurowissenschaften in der Abteilung für Gehirn- und Kognitionswissenschaften, die die Studie leitete, sagte: „Diese Gene wurden noch nie zuvor mit den Prozessen der Huntington-Krankheit in Verbindung gebracht.“ Als wir sie sahen, war das sehr aufregend, denn wir fanden nicht nur ein Gen, sondern tatsächlich mehrere derselben Familie, und wir sahen auch, dass sie eine Wirkung auf zwei Modelle der Huntington-Krankheit hatten.“ Sie ist außerdem Mitglied des Picower Institute for Learning and Memory des MIT und des Broad Institute of MIT and Harvard. Die Hauptautorin der Studie Mary Wertz ist Postdoktorandin am Broad Institute.

Für diese Studie untersuchte das Team die Gene, die für die Proteine ​​im Gehirn von Mäusen kodieren. Es gebe eine Reihe von rund 22.000 Genen, schrieben die Forscher. Diese Gene könnten auf verschiedene neurologische Erkrankungen untersucht werden, erklärten sie. Dazu gehörten fortschreitende neurologische Erkrankungen wie Parkinson und Alzheimer, sagte Heiman.

Dem Team zufolge ist das genetische Screening nicht neu und wird routinemäßig an Tieren und Studienteilnehmern wie Fruchtfliegen, Labormäusen und dem Wurm C. elegans durchgeführt, nachdem bestimmte Schlüsselgene in ihnen ausgeschaltet wurden. Diese Screening-Tests untersuchen die Überlebensfähigkeit der Laborpersonen, nachdem ihnen wichtige Gene entfernt wurden. Dies sei die erste Studie, die diese Tests am Gehirn einer Maus durchführte, schrieben die Forscher. Sie fügten hinzu, dass dies eine Herausforderung sei, da genetische Veränderungen im Gehirn am komplexesten seien. Heiman sagte in einer Erklärung: „Diese unvoreingenommenen genetischen Screenings sind sehr leistungsfähig, aber die technische Schwierigkeit, sie im Zentralnervensystem auf genomweiter Ebene durchzuführen, wurde nie überwunden.“

Vor dieser Studie hat das Team am Broad Institute an genetischen Datenbibliotheken gearbeitet, die verwendet werden könnten, um die Ergebnisse der Entfernung einer oder mehrerer genetischer Sequenzen zu untersuchen. Schließlich waren sie mit Bibliotheken fertig, die jedes Gen im Gehirn von Mäusen selektiv ein- oder ausschalten konnten. Sie nutzten eine spezielle Genbibliothek für kurze Haarnadel-RNA (shRNA), um Boten-RNA zu untersuchen, die lebenswichtige Informationen für die Proteinsynthese trägt. Sie verwendeten CRISPR, um die genetischen Sequenzen zu löschen oder zu bearbeiten, und verwendeten virale Träger, um die erforderlichen veränderten genetischen Sequenzen innerhalb der Zelle zu transportieren.

Die vier oder fünf shRNAs oder CRISPR-Segmente zielten auf jedes der 22.000 Gehirngene von Mäusen ab und verwendeten dabei etwa 80.000 bis 100.000 Viren, um jede der Gehirnzellen in den Mäusen zu verändern. Die die Segmente tragenden Viren wurden in hoher Konzentration entnommen und in das Gehirn in der Striatumregion injiziert, und mindestens ein Viertel aller Gehirnzellen erhielten mindestens eines der shRNA- oder CRISPR-Elemente. Die Striatumregion war eher ein Ziel, da sie sich mit dem motorischen System des Körpers befasst und bei der Bewegung sowie bei kognitiven Funktionen und Emotionen hilft. Dieser Bereich ist nicht nur von der Huntington-Krankheit, sondern auch von Autismus, Parkinsonismus und Drogenabhängigkeit betroffen.

Den Mäusen wurden sieben Monate lang ununterbrochen Virusträger injiziert, anschließend wurde die genetische Ausstattung der Neuronen des Stratums überprüft. Die Neuronen, die die ausgeschalteten Gene zum Überleben benötigten, wären am Ende der Studie abgestorben, erklärten die Forscher. Wenn andererseits nicht-essentielle Gene ausgeschaltet würden, wären die Neuronen am Leben.

Die Ergebnisse zeigten, dass mehrere Gene für das Überleben der Neuronen wichtig waren. Dies brachte auch mehrere Gene hervor, die für das Überleben der Neuronen wichtig sind, aber in früheren Studien unbekannt waren. Heiman sagte, sie hätten herausgefunden, dass bestimmte Gene wichtig seien, von denen man früher nicht wusste, dass sie wichtig seien. Sie fügte hinzu: „Wir interpretieren dies so, dass Neuronen im Gehirn von Säugetieren viel metabolisch aktiver sind und eine viel stärkere Abhängigkeit von diesen Prozessen haben als beispielsweise ein Neuron in C. Elegans.“

Sie stellten Ergebnisse in Mäusemodellen fest, die eine mutierte Form des Huntingtin-Proteins produzierten. Das Screening der normalen Mäuse wurde mit denen mit der Huntington-Krankheit verglichen. Wenn diese Mäuse weniger Mengen an shRNA- oder CRISPR-Elementen enthielten, könnten diese wichtige Ziele sein, die den toxischen Wirkungen des Huntingtin-Proteins widerstanden, erklärte Heiman. Das Team fand heraus, dass Medikamente, die auf das Nme1-Gen abzielen, ein solches Ziel sein könnten.

Heiman schloss: „Das ist für uns sehr aufregend, da es sich theoretisch um eine medikamentöse Verbindung handelt. Wenn wir seine Aktivität mit einem kleinen Molekül steigern können, können wir vielleicht den Effekt der genetischen Überexpression reproduzieren.“
Diese Studie wurde von den National Institutes of Health (NIH), dem National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) und anderen unterstützt.

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