Ny genetisk screening for Huntingtons sygdom

Ny genetisk screening for Huntingtons sygdom

Huntingtons sygdom er en genetisk lidelse, der er invaliderende og progressiv, hvilket fører til alvorlig hjerneskade og til sidst død. Patienter med denne autosomal dominante lidelse har et protein kaldet huntingtin-protein, der danner klumper i hjernen, der fører til symptomerne på sygdommen.

Forskere ved MIT har udviklet en måde at udføre genetisk screening på, som kan hjælpe med at identificere de gener, der forudsiger neuronal overlevelse. Deres screeningsmetode blev udvidet til at opdage de gener, der får mutantproteinet huntingtin til at danne og beskadige hjernen. Resultaterne af denne nye undersøgelse blev offentliggjort i det seneste nummer af tidsskriftetNeuron.

En genom-dækkende analyse har opdaget gener, der er afgørende for neuronernes overlevelse, såvel som gener, der beskytter mod virkningerne af Huntingtons sygdom. Billedkilde: Romanova Natali / Shutterstock

Ifølge forskerne, mens de var i stand til at identificere generne, der var ansvarlige for fremkomsten af ​​det muterede protein, førte det også til et lægemiddelmål, der, hvis det blev forfulgt, kunne føre til en mulig behandling af den dødelige og uhelbredelige Huntingtons sygdom. Myriam Heiman, lektor i neurovidenskab ved Institut for Hjerne- og Kognitivvidenskab, der ledede undersøgelsen, sagde: "Disse gener har aldrig før været forbundet med processerne af Huntingtons sygdom." Da vi så dem, var det meget spændende, for vi fandt ikke bare ét gen, men faktisk flere af samme familie, og vi så også, at de havde en effekt på to modeller af HD.” Hun er også medlem af MIT's Picower Institute for Learning and Memory og Broad Institute of MIT og Harvard. Studiets hovedforfatter, Mary Wertz, er postdoc ved Broad Institute.

Til denne undersøgelse undersøgte holdet de gener, der koder for proteinerne i musenes hjerner. Der er et antal på omkring 22.000 gener, skrev forskerne. Disse gener kunne studeres for forskellige neurologiske sygdomme, forklarede de. Disse omfattede progressive neurologiske sygdomme som Parkinsons og Alzheimers, sagde Heiman.

Ifølge holdet er genetisk screening ikke nyt og udføres rutinemæssigt på dyr og undersøgelsesdeltagere såsom frugtfluer, laboratoriemus og ormen C. elegans efter at have slået visse nøglegener i dem ud. Disse screeningstest undersøger laboratoriepersoners evne til at overleve, efter at vigtige gener er blevet fjernet. Dette er den første undersøgelse, der udfører disse test på hjernen af ​​en mus, skrev forskerne. De tilføjede, at dette er udfordrende, fordi genetiske ændringer i hjernen er de mest komplekse. Heiman sagde i en erklæring: "Disse objektive genetiske skærme er meget kraftfulde, men de tekniske vanskeligheder ved at udføre dem i centralnervesystemet på et genom-dækkende niveau er aldrig blevet overvundet."

Forud for denne undersøgelse arbejdede teamet på Broad Institute på genetiske databiblioteker, der kunne bruges til at studere resultaterne af at fjerne en eller flere genetiske sekvenser. Til sidst fandt de på biblioteker, der selektivt kunne tænde eller slukke for hvert gen i musenes hjerner. De brugte et særligt kort hårnåle RNA (shRNA) genbibliotek til at studere messenger RNA, som bærer vital information til proteinsyntese. De brugte CRISPR til at slette eller redigere de genetiske sekvenser og brugte virale bærere til at levere de nødvendige ændrede genetiske sekvenser i cellen.

De fire eller fem shRNA'er eller CRISPR-segmenter målrettede hver af de 22.000 musehjernegener ved at bruge omkring 80.000 til 100.000 vira til at ændre hver af hjernecellerne i musene. Viraene, der bærer segmenterne, blev udtaget i høj koncentration og injiceret i hjernen i den striatale region, og mindst en fjerdedel af alle hjerneceller modtog mindst et af shRNA- eller CRISPR-elementerne. Striatalregionen var mere et mål, fordi det beskæftiger sig med kroppens motoriske system og hjælper med bevægelse samt kognitive funktioner og følelser. Dette område er ikke kun påvirket af Huntingtons sygdom, men også af autisme, Parkinsonisme og stofmisbrug.

Musene blev kontinuerligt injiceret med virusbærere i syv måneder, hvorefter den genetiske sammensætning af neuronerne i stratumet blev kontrolleret. De neuroner, der havde brug for de slukkede gener for at overleve, ville være døde i slutningen af ​​undersøgelsen, forklarede forskerne. På den anden side, hvis ikke-essentielle gener blev slået fra, ville neuronerne være i live.

Resultaterne viste, at flere gener var vigtige for neuronal overlevelse. Dette afslørede også flere gener, der er vigtige for neuronal overlevelse, men som var ukendte i tidligere undersøgelser. Heiman sagde, at de opdagede, at visse gener var vigtige, som ikke tidligere var kendt for at være vigtige. Hun tilføjede: "Vi fortolker dette som at betyde, at neuroner i pattedyrshjernen er meget mere metabolisk aktive og har en meget større afhængighed af disse processer end for eksempel en neuron i C. elegans."

De noterede resultater i musemodeller, der producerede en muteret form af huntingtin-proteinet. Screening af de normale mus blev sammenlignet med dem med Huntingtons sygdom. Hvis disse mus indeholdt lavere niveauer af shRNA- eller CRISPR-elementer, kunne de være vigtige mål, der modstod de toksiske virkninger af huntingtin-proteinet, forklarede Heiman. Holdet fandt ud af, at lægemidler rettet mod Nme1-genet kunne være et sådant mål.

Heiman konkluderede: "Dette er meget spændende for os, fordi det i teorien er en stof, der kan medicineres. Hvis vi kan øge dens aktivitet med et lille molekyle, kan vi muligvis reproducere effekten af ​​genetisk overekspression."
Denne undersøgelse blev støttet af National Institutes of Health (NIH), National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) og andre.

Kilder: