Nový genetický screening na Huntingtonovu chorobu

Nový genetický screening na Huntingtonovu chorobu

Huntingtonova choroba je genetická porucha, která je oslabující a progresivní, což vede k vážnému poškození mozku a nakonec ke smrti. Pacienti s touto autozomálně dominantní poruchou mají protein zvaný huntingtin protein, který tvoří shluky v mozku, které vedou k příznakům onemocnění.

Vědci z MIT vyvinuli způsob, jak provádět genetický screening, který by mohl pomoci identifikovat geny, které předpovídají přežití neuronů. Jejich screeningová metoda byla rozšířena o detekci genů, které způsobují tvorbu mutantního proteinu huntingtin a poškození mozku. Výsledky této nové studie byly zveřejněny v posledním čísle časopisuNeuron.

Analýza celého genomu objevila geny nezbytné pro přežití neuronů a také geny, které chrání před účinky Huntingtonovy choroby. Zdroj obrázků: Romanova Natali / Shutterstock

Podle vědců, ačkoli byli schopni identifikovat geny zodpovědné za výskyt zmutovaného proteinu, vedlo to také k lékovému cíli, který by, pokud by byl sledován, mohl vést k možné léčbě fatální a nevyléčitelné Huntingtonovy choroby. Myriam Heiman, docentka neurověd na katedře mozkových a kognitivních věd, která studii vedla, řekla: "Tyto geny nebyly nikdy předtím spojeny s procesy Huntingtonovy choroby." Když jsme je viděli, bylo to velmi vzrušující, protože jsme našli nejen jeden gen, ale ve skutečnosti několik ze stejné rodiny, a také jsme viděli, že mají vliv na dva modely HD.“ Je také členkou Picowerova institutu pro učení a paměť MIT a Broad Institute of MIT a Harvardu. Hlavní autorka studie Mary Wertzová je postdoktorandkou na Broad Institute.

Pro tuto studii tým zkoumal geny, které kódují proteiny v mozcích myší. Existuje řada kolem 22 000 genů, napsali vědci. Tyto geny by mohly být studovány pro různá neurologická onemocnění, vysvětlili. Ty zahrnovaly progresivní neurologická onemocnění, jako je Parkinsonova a Alzheimerova choroba, řekl Heiman.

Podle týmu není genetický screening novinkou a běžně se provádí u zvířat a účastníků studie, jako jsou ovocné mušky, laboratorní myši a červ C. elegans poté, co v nich vyřadí určité klíčové geny. Tyto screeningové testy zkoumají schopnost laboratorních subjektů přežít po odstranění důležitých genů. Toto je první studie, která provádí tyto testy na mozku myši, napsali vědci. Dodali, že je to náročné, protože genetické změny v mozku jsou nejsložitější. Heiman ve svém prohlášení uvedl: "Tyto nezaujaté genetické screeningy jsou velmi silné, ale technická obtížnost jejich provádění v centrálním nervovém systému na úrovni celého genomu nebyla nikdy překonána."

Před touto studií tým z Broad Institute pracoval na knihovnách genetických dat, které by mohly být použity ke studiu výsledků odstranění jedné nebo více genetických sekvencí. Nakonec přišli s knihovnami, které dokázaly selektivně zapnout nebo vypnout každý gen v mozcích myší. Použili speciální genovou knihovnu short hairpin RNA (shRNA) ke studiu messenger RNA, která nese životně důležité informace pro syntézu proteinů. Použili CRISPR k odstranění nebo úpravě genetických sekvencí a použili virové nosiče k dodání požadovaných změněných genetických sekvencí do buňky.

Čtyři nebo pět shRNA nebo segmentů CRISPR se zaměřilo na každý z 22 000 genů myšího mozku, přičemž použilo asi 80 000 až 100 000 virů ke změně každé z mozkových buněk u myší. Viry nesoucí segmenty byly odebrány ve vysoké koncentraci a injikovány do mozku v striatální oblasti a alespoň čtvrtina všech mozkových buněk obdržela alespoň jeden z prvků shRNA nebo CRISPR. Striatální oblast byla spíše cílem, protože se zabývá motorickým systémem těla a pomáhá s pohybem i kognitivními funkcemi a emocemi. Tato oblast je postižena nejen Huntingtonovou chorobou, ale také autismem, parkinsonismem a drogovou závislostí.

Myším byly nepřetržitě injikovány nosiče virů po dobu sedmi měsíců, poté byla zkontrolována genetická výbava neuronů ve vrstvě. Neurony, které potřebovaly vypnuté geny k přežití, by na konci studie zemřely, vysvětlili vědci. Na druhou stranu, pokud by byly vypnuty neesenciální geny, neurony by byly živé.

Výsledky ukázaly, že několik genů bylo důležitých pro přežití neuronů. To také odhalilo několik genů, které jsou důležité pro přežití neuronů, ale v předchozích studiích nebyly známy. Heiman řekl, že zjistili, že některé geny jsou důležité, o kterých se dříve nevědělo, že jsou důležité. Dodala: "Vykládáme to tak, že neurony v mozku savců jsou mnohem metabolicky aktivnější a mají mnohem větší závislost na těchto procesech než například neuron u C. elegans."

Zaznamenali výsledky na myších modelech, které produkovaly mutovanou formu proteinu huntingtin. Screening normálních myší byl srovnáván s těmi s Huntingtonovou chorobou. Pokud by tyto myši obsahovaly nižší hladiny prvků shRNA nebo CRISPR, mohly by být důležitými cíli, které odolávaly toxickým účinkům proteinu huntingtin, vysvětlil Heiman. Tým zjistil, že léky zaměřené na gen Nme1 by mohly být jedním z takových cílů.

Heiman uzavřel: "To je pro nás velmi vzrušující, protože teoreticky jde o sloučeninu, kterou lze léčit. Pokud dokážeme zvýšit její aktivitu pomocí malé molekuly, můžeme být schopni reprodukovat účinek genetické nadměrné exprese."
Tuto studii podpořily National Institutes of Health (NIH), National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) a další.

Zdroje: