Nový genetický skríning Huntingtonovej choroby

Nový genetický skríning Huntingtonovej choroby

Huntingtonova choroba je genetická porucha, ktorá je oslabujúca a progresívna, čo vedie k vážnemu poškodeniu mozgu a prípadnej smrti. Pacienti s touto autozomálne dominantnou poruchou majú proteín nazývaný huntingtínový proteín, ktorý vytvára zhluky v mozgu, ktoré vedú k symptómom ochorenia.

Výskumníci z MIT vyvinuli spôsob vykonávania genetického skríningu, ktorý by mohol pomôcť identifikovať gény, ktoré predpovedajú prežitie neurónov. Ich skríningová metóda bola rozšírená o detekciu génov, ktoré spôsobujú tvorbu mutantného proteínu huntingtín a poškodzujú mozog. Výsledky tejto novej štúdie boli zverejnené v najnovšom čísle časopisuNeuron.

Analýza celého genómu objavila gény, ktoré sú nevyhnutné pre prežitie neurónov, ako aj gény, ktoré chránia pred účinkami Huntingtonovej choroby. Zdroj obrázkov: Romanova Natali / Shutterstock

Podľa vedcov, aj keď boli schopní identifikovať gény zodpovedné za objavenie sa mutovaného proteínu, viedlo to aj k drogovému cieľu, ktorý by v prípade prenasledovania mohol viesť k možnej liečbe smrteľnej a nevyliečiteľnej Huntingtonovej choroby. Myriam Heiman, docentka neurovedy na oddelení mozgových a kognitívnych vied, ktorá viedla štúdiu, povedala: "Tieto gény nikdy predtým neboli spojené s procesmi Huntingtonovej choroby." Keď sme ich videli, bolo to veľmi vzrušujúce, pretože sme nenašli len jeden gén, ale v skutočnosti niekoľko z rovnakej rodiny a tiež sme videli, že mali vplyv na dva modely HD.“ Je tiež členkou Picowerovho inštitútu MIT pre učenie a pamäť a Broad Institute of MIT a Harvard. Hlavná autorka štúdie Mary Wertzová je postdoktorandkou na Broad Institute.

Pre túto štúdiu tím skúmal gény, ktoré kódujú proteíny v mozgoch myší. Existuje niekoľko okolo 22 000 génov, napísali vedci. Tieto gény by mohli byť študované pre rôzne neurologické ochorenia, vysvetlili. Patrili medzi ne progresívne neurologické ochorenia, ako je Parkinsonova a Alzheimerova choroba, povedal Heiman.

Podľa tímu nie je genetický skríning novinkou a bežne sa vykonáva na zvieratách a účastníkoch štúdie, ako sú ovocné mušky, laboratórne myši a červ C. elegans po vyradení určitých kľúčových génov v nich. Tieto skríningové testy skúmajú schopnosť laboratórnych subjektov prežiť po odstránení dôležitých génov. Toto je prvá štúdia, ktorá vykonala tieto testy na mozgu myši, napísali vedci. Dodali, že je to náročné, pretože genetické zmeny v mozgu sú najzložitejšie. Heiman vo vyhlásení uviedol: "Tieto nezaujaté genetické vyšetrenia sú veľmi silné, ale technické ťažkosti pri ich vykonávaní v centrálnom nervovom systéme na úrovni celého genómu neboli nikdy prekonané."

Pred touto štúdiou tím v Broad Institute pracoval na knižniciach genetických údajov, ktoré by sa dali použiť na štúdium výsledkov odstraňovania jednej alebo viacerých genetických sekvencií. Nakoniec prišli s knižnicami, ktoré dokázali selektívne zapnúť alebo vypnúť každý gén v mozgu myší. Použili špeciálnu génovú knižnicu krátkej vlásenkovej RNA (shRNA) na štúdium messengerovej RNA, ktorá nesie životne dôležité informácie pre syntézu proteínov. Použili CRISPR na odstránenie alebo úpravu genetických sekvencií a použili vírusové nosiče na dodanie požadovaných zmenených genetických sekvencií do bunky.

Štyri alebo päť shRNA alebo segmentov CRISPR sa zameralo na každý z 22 000 myšacích mozgových génov pomocou približne 80 000 až 100 000 vírusov na zmenu každej z mozgových buniek u myší. Vírusy nesúce segmenty boli odobraté vo vysokej koncentrácii a injikované do mozgu v striatálnej oblasti a aspoň štvrtina všetkých mozgových buniek dostala aspoň jeden z prvkov shRNA alebo CRISPR. Striatálna oblasť bola skôr cieľom, pretože sa zaoberá motorickým systémom tela a pomáha s pohybom, ako aj kognitívnymi funkciami a emóciami. Túto oblasť postihuje nielen Huntingtonova choroba, ale aj autizmus, parkinsonizmus a drogová závislosť.

Myšiam boli nepretržite podávané injekcie nosičov vírusov počas siedmich mesiacov, po ktorých bola skontrolovaná genetická výbava neurónov vo vrstve. Neuróny, ktoré potrebovali vypnuté gény na prežitie, by na konci štúdie zomreli, vysvetlili vedci. Na druhej strane, ak by boli vypnuté neesenciálne gény, neuróny by boli živé.

Výsledky ukázali, že niekoľko génov bolo dôležitých pre prežitie neurónov. To tiež odhalilo niekoľko génov, ktoré sú dôležité pre prežitie neurónov, ale v predchádzajúcich štúdiách neboli známe. Heiman povedal, že zistili, že niektoré gény sú dôležité, o ktorých sa predtým nevedelo, že sú dôležité. Dodala: "Interpretujeme to tak, že neuróny v mozgu cicavcov sú oveľa metabolicky aktívnejšie a majú oveľa väčšiu závislosť od týchto procesov ako napríklad neurón v C. elegans."

Zaznamenali výsledky v myšacích modeloch, ktoré produkovali mutovanú formu proteínu huntingtín. Skríning normálnych myší sa porovnával s myšami s Huntingtonovou chorobou. Ak by tieto myši obsahovali nižšie hladiny prvkov shRNA alebo CRISPR, mohli by byť dôležitými cieľmi, ktoré odolávali toxickým účinkom proteínu huntingtínu, vysvetlil Heiman. Tím zistil, že lieky zamerané na gén Nme1 by mohli byť jedným z takýchto cieľov.

Heiman uzavrel: "Je to pre nás veľmi vzrušujúce, pretože teoreticky ide o liečivú zlúčeninu. Ak dokážeme zvýšiť jej aktivitu pomocou malej molekuly, možno budeme schopní reprodukovať účinok genetickej nadmernej expresie."
Túto štúdiu podporili National Institutes of Health (NIH), National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) a ďalšie.

Zdroje: