Jauns Hantingtona slimības ģenētiskais skrīnings

Jauns Hantingtona slimības ģenētiskais skrīnings

Hantingtona slimība ir ģenētisks traucējums, kas ir novājinošs un progresējošs, izraisot smagus smadzeņu bojājumus un iespējamu nāvi. Pacientiem ar šo autosomāli dominējošo traucējumu ir olbaltumviela, ko sauc par huntingtīna proteīnu, kas smadzenēs veido gabaliņus, kas izraisa slimības simptomus.

MIT pētnieki ir izstrādājuši veidu, kā veikt ģenētisko skrīningu, kas varētu palīdzēt identificēt gēnus, kas prognozē neironu izdzīvošanu. Viņu skrīninga metode tika paplašināta, lai noteiktu gēnus, kas izraisa mutantu proteīna huntingtīna veidošanos un bojājumus smadzenēs. Šī jaunā pētījuma rezultāti tika publicēti jaunākajā žurnāla numurāNeirons.

Genoma mēroga analīze ir atklājusi gēnus, kas ir būtiski neironu izdzīvošanai, kā arī gēnus, kas aizsargā pret Hantingtona slimības ietekmi. Attēla avots: Romanova Natali / Shutterstock

Pēc pētnieku domām, lai gan viņi varēja identificēt gēnus, kas ir atbildīgi par mutācijas proteīna parādīšanos, tas arī noveda pie narkotiku mērķa, kas, ja tiek sasniegts, varētu novest pie iespējamās letālās un neārstējamās Hantingtona slimības ārstēšanas. Miriams Heimans, smadzeņu un kognitīvo zinātņu katedras neirozinātņu asociētais profesors, kurš vadīja pētījumu, sacīja: "Šie gēni nekad agrāk nav bijuši saistīti ar Hantingtona slimības procesiem." Kad mēs tos ieraudzījām, tas bija ļoti aizraujoši, jo mēs atradām ne tikai vienu gēnu, bet faktiski vairākus no vienas ģimenes, un mēs arī redzējām, ka tie ietekmē divus HD modeļus. Viņa ir arī MIT Picower Mācību un atmiņas institūta un MIT un Hārvardas Plašā institūta locekle. Pētījuma vadošā autore Mērija Verca ir Broad Institute pēcdoktorantūra.

Šim pētījumam komanda pārbaudīja gēnus, kas kodē proteīnus peļu smadzenēs. Pētnieki rakstīja, ka ir aptuveni 22 000 gēnu. Viņi paskaidroja, ka šos gēnus varētu pētīt dažādām neiroloģiskām slimībām. Tie ietvēra progresējošas neiroloģiskas slimības, piemēram, Parkinsona un Alcheimera slimību, sacīja Heimans.

Pēc komandas domām, ģenētiskā skrīnings nav nekas jauns, un to regulāri veic dzīvniekiem un pētījuma dalībniekiem, piemēram, augļu mušām, laboratorijas pelēm un tārpam C. elegans pēc noteiktu galveno gēnu izsitīšanas. Šie skrīninga testi pārbauda laboratorijas subjektu spēju izdzīvot pēc svarīgu gēnu noņemšanas. Šis ir pirmais pētījums, kurā veikti šie testi ar peles smadzenēm, raksta pētnieki. Viņi piebilda, ka tas ir sarežģīti, jo ģenētiskās izmaiņas smadzenēs ir vissarežģītākās. Heimans sacīja: "Šie objektīvie ģenētiskie ekrāni ir ļoti spēcīgi, taču tehniskās grūtības tos veikt centrālajā nervu sistēmā genoma līmenī nekad nav pārvarētas."

Pirms šī pētījuma grupa Broad Institute strādāja pie ģenētisko datu bibliotēkām, kuras varētu izmantot, lai pētītu vienas vai vairāku ģenētisko secību noņemšanas rezultātus. Galu galā viņi nāca klajā ar bibliotēkām, kas varēja selektīvi ieslēgt vai izslēgt katru gēnu peļu smadzenēs. Viņi izmantoja īpašu īsu matadata RNS (shRNA) gēnu bibliotēku, lai pētītu ziņojuma RNS, kas satur svarīgu informāciju olbaltumvielu sintēzei. Viņi izmantoja CRISPR, lai dzēstu vai rediģētu ģenētiskās sekvences, un izmantoja vīrusu nesējus, lai šūnā piegādātu nepieciešamās mainītās ģenētiskās sekvences.

Četri vai pieci shRNS jeb CRISPR segmenti bija vērsti uz katru no 22 000 peļu smadzeņu gēniem, izmantojot aptuveni 80 000 līdz 100 000 vīrusu, lai mainītu katru no peles smadzeņu šūnām. Vīrusiem, kas satur segmentus, tika ņemti paraugi augstā koncentrācijā un ievadīti smadzenēs striatālajā reģionā, un vismaz ceturtā daļa no visām smadzeņu šūnām saņēma vismaz vienu no shRNS vai CRISPR elementiem. Striatālais reģions bija vairāk mērķis, jo tas nodarbojas ar ķermeņa motorisko sistēmu un palīdz kustībām, kā arī kognitīvām funkcijām un emocijām. Šo zonu ietekmē ne tikai Hantingtona slimība, bet arī autisms, parkinsonisms un narkomānija.

Pelēm septiņus mēnešus nepārtraukti injicēja vīrusu nesējus, pēc tam tika pārbaudīta slāņa neironu ģenētiskā uzbūve. Pētnieki skaidroja, ka neironi, kuriem bija nepieciešami izslēgtie gēni, lai izdzīvotu, pētījuma beigās būtu miruši. No otras puses, ja nebūtiski gēni tiktu izslēgti, neironi būtu dzīvi.

Rezultāti parādīja, ka vairāki gēni bija svarīgi neironu izdzīvošanai. Tas arī atklāja vairākus gēnus, kas ir svarīgi neironu izdzīvošanai, bet nebija zināmi iepriekšējos pētījumos. Heimans teica, ka viņi atklājuši, ka daži gēni ir svarīgi, par kuriem iepriekš nebija zināms. Viņa piebilda: "Mēs to interpretējam tādējādi, ka zīdītāju smadzeņu neironi ir daudz metaboliski aktīvāki un tiem ir daudz lielāka atkarība no šiem procesiem nekā, piemēram, C. elegans neirons."

Viņi atzīmēja rezultātus peļu modeļos, kas radīja huntingtīna proteīna mutācijas formu. Parasto peļu skrīnings tika salīdzināts ar tām, kurām bija Hantingtona slimība. Ja šajās pelēs būtu zemāks shRNS vai CRISPR elementu līmenis, tie varētu būt svarīgi mērķi, kas pretojās huntingtīna proteīna toksiskajai iedarbībai, paskaidroja Heimans. Komanda atklāja, ka zāles, kas vērstas uz Nme1 gēnu, varētu būt viens no šādiem mērķiem.

Heimans secināja: "Tas mums ir ļoti aizraujoši, jo teorētiski tas ir ārstniecisks savienojums. Ja mēs varam palielināt tā aktivitāti ar nelielu molekulu, mēs, iespējams, spēsim reproducēt ģenētiskās pārmērīgas ekspresijas efektu."
Šo pētījumu atbalstīja Nacionālie veselības institūti (NIH), Nacionālais neiroloģisko traucējumu un insulta institūts (NINDS) un citi.

Avoti: