Nowe badania genetyczne w kierunku choroby Huntingtona

Nowe badania genetyczne w kierunku choroby Huntingtona

Choroba Huntingtona to wyniszczająca i postępująca choroba genetyczna, prowadząca do poważnego uszkodzenia mózgu i ostatecznie śmierci. U pacjentów cierpiących na tę chorobę autosomalnie dominującą występuje białko zwane Huntingtyną, które tworzy w mózgu grudki powodujące objawy choroby.

Naukowcy z MIT opracowali sposób przeprowadzania badań genetycznych, który może pomóc w identyfikacji genów przewidujących przeżycie neuronów. Ich metodę przesiewową rozszerzono, aby wykrywać geny powodujące tworzenie się zmutowanego białka Huntingtin i uszkadzanie mózgu. Wyniki nowego badania opublikowano w najnowszym numerze czasopismaNeuron.

Analiza całego genomu odkryła geny niezbędne do przetrwania neuronów, a także geny chroniące przed skutkami choroby Huntingtona. Źródło obrazu: Romanova Natali / Shutterstock

Zdaniem naukowców, choć udało im się zidentyfikować geny odpowiedzialne za pojawienie się zmutowanego białka, doprowadziło to również do celu leku, który, jeśli będzie kontynuowany, może doprowadzić do możliwego leczenia śmiertelnej i nieuleczalnej choroby Huntingtona. Myriam Heiman, profesor neurologii na Wydziale Nauk o Mózgu i Kognitywistyce, która kierowała badaniem, powiedziała: „Te geny nigdy wcześniej nie były łączone z procesami zachodzącymi w chorobie Huntingtona”. Kiedy je zobaczyliśmy, było to bardzo ekscytujące, ponieważ znaleźliśmy nie tylko jeden gen, ale kilka z tej samej rodziny, a także widzieliśmy, że mają one wpływ na dwa modele HD”. Jest także członkiem Picower Institute for Learning and Memory oraz Broad Institute of MIT i Harvard. Główna autorka badania, Mary Wertz, jest stażystką podoktorską w Broad Institute.

Na potrzeby tego badania zespół zbadał geny kodujące białka w mózgach myszy. Naukowcy napisali, że istnieje około 22 000 genów. Wyjaśnili, że geny te można badać pod kątem różnych chorób neurologicznych. Heiman powiedział, że wśród nich znalazły się postępujące choroby neurologiczne, takie jak choroba Parkinsona i Alzheimera.

Według zespołu badania genetyczne nie są niczym nowym i są rutynowo przeprowadzane na zwierzętach i uczestnikach badania, takich jak muszki owocowe, myszy laboratoryjne i robak C. elegans, po wyeliminowaniu z nich pewnych kluczowych genów. Te testy przesiewowe badają zdolność uczestników laboratorium do przeżycia po usunięciu ważnych genów. To pierwsze badanie, w którym przeprowadzono takie testy na mózgu myszy – napisali naukowcy. Dodali, że jest to trudne, ponieważ zmiany genetyczne w mózgu są najbardziej złożone. Heiman stwierdził w oświadczeniu: „Te bezstronne badania genetyczne są bardzo potężne, ale nigdy nie udało się przezwyciężyć trudności technicznych związanych z ich wykonaniem w ośrodkowym układzie nerwowym na poziomie całego genomu”.

Przed tym badaniem zespół z Broad Institute pracował nad bibliotekami danych genetycznych, które można wykorzystać do badania wyników usunięcia jednej lub większej liczby sekwencji genetycznych. W końcu opracowano biblioteki, które mogły selektywnie włączać i wyłączać każdy gen w mózgach myszy. Wykorzystali specjalną bibliotekę genów RNA o strukturze krótkiej spinki do włosów (shRNA) do badania informacyjnego RNA niosącego informacje niezbędne do syntezy białek. Wykorzystali CRISPR do usunięcia lub edycji sekwencji genetycznych oraz wykorzystali nośniki wirusowe do dostarczenia wymaganych zmienionych sekwencji genetycznych do komórki.

Cztery lub pięć shRNA, czyli segmentów CRISPR, atakowało każdy z 22 000 genów mózgu myszy, wykorzystując około 80 000 do 100 000 wirusów do zmiany każdej komórki mózgowej myszy. Wirusy niosące segmenty pobrano w dużym stężeniu i wstrzyknięto do mózgu w obszarze prążkowia, a co najmniej jedna czwarta wszystkich komórek mózgowych otrzymała co najmniej jeden element shRNA lub CRISPR. Obszar prążkowia był bardziej celem, ponieważ zajmuje się układem motorycznym organizmu i pomaga w poruszaniu się, a także funkcjach poznawczych i emocjach. Obszar ten dotknięty jest nie tylko chorobą Huntingtona, ale także autyzmem, parkinsonizmem i narkomanią.

Myszom wstrzykiwano w sposób ciągły nośniki wirusa przez siedem miesięcy, po czym sprawdzono strukturę genetyczną neuronów w warstwie. Naukowcy wyjaśnili, że neurony, które do przeżycia potrzebowały wyłączonych genów, umarłyby pod koniec badania. Z drugiej strony, gdyby wyłączone zostały nieistotne geny, neurony by żyły.

Wyniki pokazały, że kilka genów jest ważnych dla przeżycia neuronów. Ujawniło to również kilka genów ważnych dla przeżycia neuronów, których nie znano we wcześniejszych badaniach. Heiman powiedział, że odkryli, że ważne są pewne geny, o których wcześniej nie wiedziano, że są ważne. Dodała: „Interpretujemy to w ten sposób, że neurony w mózgu ssaków są znacznie bardziej aktywne metabolicznie i w znacznie większym stopniu zależne od tych procesów niż na przykład neuron u C. elegans”.

Odnotowali wyniki w modelach mysich, w których wytworzono zmutowaną formę białka Huntingtin. Badania przesiewowe zdrowych myszy porównano z badaniami przesiewowymi myszy z chorobą Huntingtona. Heiman wyjaśnił, że gdyby te myszy zawierały niższy poziom elementów shRNA lub CRISPR, mogłyby być ważnymi celami odpornymi na toksyczne działanie białka Huntingtin. Zespół odkrył, że jednym z takich celów mogą być leki ukierunkowane na gen Nme1.

Heiman podsumował: „To dla nas bardzo ekscytujące, ponieważ teoretycznie jest to związek podatny na działanie leku. Jeśli uda nam się zwiększyć jego aktywność za pomocą małej cząsteczki, być może będziemy w stanie odtworzyć efekt nadekspresji genetycznej”.
Badanie to zostało wsparte przez Narodowy Instytut Zdrowia (NIH), Narodowy Instytut Zaburzeń Neurologicznych i Udaru (NINDS) i inne.

Źródła: