Ny genetisk screening för Huntingtons sjukdom

Ny genetisk screening för Huntingtons sjukdom

Huntingtons sjukdom är en genetisk störning som är försvagande och progressiv, vilket leder till allvarliga hjärnskador och eventuell död. Patienter med denna autosomala dominanta sjukdom har ett protein som kallas huntingtinprotein som bildar klumpar i hjärnan som leder till symtomen på sjukdomen.

Forskare vid MIT har utvecklat ett sätt att utföra genetisk screening som kan hjälpa till att identifiera de gener som förutsäger neuronal överlevnad. Deras screeningmetod utökades för att upptäcka generna som gör att mutantproteinet huntingtin bildas och skadar hjärnan. Resultaten av denna nya studie publicerades i det senaste numret av tidskriftenNeuron.

En genomomfattande analys har upptäckt gener som är nödvändiga för neuronernas överlevnad, såväl som gener som skyddar mot effekterna av Huntingtons sjukdom. Bildkälla: Romanova Natali / Shutterstock

Enligt forskarna, samtidigt som de kunde identifiera generna som var ansvariga för uppkomsten av det muterade proteinet, ledde det också till ett läkemedelsmål som, om det eftersträvades, skulle kunna leda till en möjlig behandling av den dödliga och obotliga Huntingtons sjukdom. Myriam Heiman, docent i neurovetenskap vid Institutionen för hjärn- och kognitionsvetenskap, som ledde studien, sa: "Dessa gener har aldrig tidigare varit kopplade till processerna av Huntingtons sjukdom." När vi såg dem var det väldigt spännande eftersom vi hittade inte bara en gen, utan faktiskt flera av samma familj, och vi såg också att de hade en effekt på två modeller av HD.” Hon är också medlem i MIT:s Picower Institute for Learning and Memory och Broad Institute of MIT och Harvard. Studiens huvudförfattare, Mary Wertz, är postdoktor vid Broad Institute.

För denna studie undersökte teamet generna som kodar för proteinerna i hjärnan hos möss. Det finns ett antal på runt 22 000 gener, skrev forskarna. Dessa gener kunde studeras för olika neurologiska sjukdomar, förklarade de. Dessa inkluderade progressiva neurologiska sjukdomar som Parkinsons och Alzheimers, sa Heiman.

Enligt teamet är genetisk screening inte ny och utförs rutinmässigt på djur och studiedeltagare som fruktflugor, laboratoriemöss och masken C. elegans efter att ha slagit ut vissa nyckelgener i dem. Dessa screeningtest undersöker laboratoriepersoners förmåga att överleva efter att viktiga gener har tagits bort. Detta är den första studien som genomförde dessa tester på hjärnan hos en mus, skrev forskarna. De tillade att detta är utmanande eftersom genetiska förändringar i hjärnan är de mest komplexa. Heiman sa i ett uttalande: "Dessa opartiska genetiska skärmar är mycket kraftfulla, men den tekniska svårigheten att utföra dem i det centrala nervsystemet på en genomomfattande nivå har aldrig övervunnits."

Före denna studie arbetade teamet vid Broad Institute med genetiska databibliotek som kunde användas för att studera resultaten av att ta bort en eller flera genetiska sekvenser. Så småningom kom de på bibliotek som selektivt kunde slå på eller stänga av varje gen i hjärnan på möss. De använde ett speciellt kort hårnåls-RNA (shRNA) genbibliotek för att studera budbärar-RNA, som bär viktig information för proteinsyntes. De använde CRISPR för att ta bort eller redigera de genetiska sekvenserna och använde virala bärare för att leverera de nödvändiga förändrade genetiska sekvenserna i cellen.

De fyra eller fem shRNA:erna, eller CRISPR-segmenten, riktade in sig på var och en av de 22 000 mushjärnegenerna, med hjälp av cirka 80 000 till 100 000 virus för att förändra var och en av hjärncellerna i mössen. Virusen som bär segmenten togs i hög koncentration och injicerades i hjärnan i den striatala regionen, och minst en fjärdedel av alla hjärnceller fick minst ett av shRNA- eller CRISPR-elementen. Striatalregionen var mer av ett mål eftersom det hanterar kroppens motoriska system och hjälper till med såväl rörelse som kognitiva funktioner och känslor. Detta område påverkas inte bara av Huntingtons sjukdom, utan också av autism, Parkinsonism och drogberoende.

Mössen injicerades kontinuerligt med virusbärare i sju månader, varefter den genetiska sammansättningen av nervcellerna i skiktet kontrollerades. Neuronerna som behövde de avstängda generna för att överleva skulle ha dött i slutet av studien, förklarade forskarna. Å andra sidan, om icke-essentiella gener stängdes av, skulle neuronerna vara vid liv.

Resultaten visade att flera gener var viktiga för neuronal överlevnad. This also revealed several genes that are important for neuronal survival but were unknown in previous studies. Heiman sa att de upptäckte att vissa gener var viktiga som inte tidigare var kända för att vara viktiga. Hon tillade: "Vi tolkar detta som att neuroner i däggdjurshjärnan är mycket mer metaboliskt aktiva och har ett mycket större beroende av dessa processer än till exempel en neuron i C. elegans."

De noterade resultat i musmodeller som producerade en muterad form av huntingtinproteinet. Screening av de normala mössen jämfördes med de med Huntingtons sjukdom. Om dessa möss innehöll lägre nivåer av shRNA- eller CRISPR-element kan de vara viktiga mål som motstod de toxiska effekterna av huntingtinproteinet, förklarade Heiman. Teamet fann att läkemedel som riktar sig mot Nme1-genen kan vara ett sådant mål.

Heiman avslutade: "Detta är väldigt spännande för oss eftersom det i teorin är en drogbar förening. Om vi ​​kan öka dess aktivitet med en liten molekyl kan vi kanske reproducera effekten av genetiskt överuttryck."
Denna studie stöddes av National Institutes of Health (NIH), National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) och andra.

Källor: