Nauji įrodymai padeda suprasti Retto sindromo priežastis

Rett sindromas yra retas neurologinio vystymosi sutrikimas, kuriam šiuo metu nėra jokio gydymo ar tinkamo gydymo. Tai sukelia sunkius fizinius ir pažinimo simptomus, kurių daugelis sutampa su autizmo spektro sutrikimais.

Rett sindromą sukelia mutacijos MECP2 geno, kuris yra labai išreikštas smegenyse ir, atrodo, atlieka svarbų vaidmenį palaikant neuronų sveikatą. Genas yra X chromosomoje, o sindromas pirmiausia paveikia mergaites. Siekdami sukurti Retto sindromo gydymą, mokslininkai nori geriau suprasti MECP2 ir jo funkcijas smegenyse.

Mokslininkai, įskaitant Whitehead instituto įkūrėją Rudolfą Jaenischą, dešimtmečius tyrinėjo MECP2, tačiau daugelis pagrindinių faktų apie geną liko nežinomi. MECP2 baltymas, kurį koduoja genas, dalyvauja genų reguliavime; jis jungiasi su DNR ir veikia įvairių kitų genų ekspresijos lygius, ty jų gaminamų baltymų kiekį.

Tačiau mokslininkai neturėjo viso genų, kuriuos paveikia MECP2, sąrašo ir nebuvo sutarimo, kaip MECP2 veikia šiuos genus.

Ankstyvieji MECP2 tyrimai parodė, kad tai yra represorius, mažinantis tikslinių genų ekspresiją, tačiau Jaenisch ir kitų atlikti tyrimai anksčiau parodė, kad MECP2 taip pat veikia kaip aktyvatorius, padidindamas savo taikinių ekspresiją ir kad jis gali visų pirma būkite aktyvatorius. Taip pat nežinomas MECP2 veikimo mechanizmas arba tai, ką tiksliai veikia baltymas, dėl kurio keičiasi genų ekspresija.

Technologijų apribojimai neleido tyrėjams gauti aiškumo šiais klausimais. Tačiau Yanishas, savo laboratorijos doktorantas Yi Liu ir buvęs Yanisho laboratorijos narys Anthony Flamieris, dabar Monrealio universiteto CHU Sainte-Justine tyrimų centro docentas, naudojo pažangiausius metodus, kad atsakytų į šiuos klausimus. Likusius klausimus apie MECP2 ir įgyti naujų įžvalgų apie jo vaidmenį smegenų sveikatai ir ligoms.

Rezultatai buvo paskelbti žurnale Neuron, o mokslininkai taip pat sukūrė internetinę MECP2 duomenų saugyklą MECP2-NeuroAtlas portalas, kaip šaltinis kitiems tyrinėtojams.

"Manau, kad šis dokumentas iš esmės pakeis žmonių mąstymą apie tai, kaip MECP2 sukelia Retto sindromą. Mes turime visiškai naują supratimą apie mechanizmą ir tai gali suteikti naujų būdų šios ligos gydymui", - sako Jaenisch. Taip pat yra Masačusetso technologijos instituto biologijos profesorius.

Išplėstinis MECP2 supratimas smegenyse

Tyrėjai pirmiausia sukūrė išsamų žemėlapį, kur MECP2 jungiasi žmogaus neuronų genų sekoje – genuose arba šalia jų esančiose DNR reguliavimo srityse. Jie naudojo metodą, vadinamą CUT&Tag, kuris gali labai tiksliai aptikti baltymų ir DNR sąveiką.

Tyrėjai atrado daugiau nei keturis tūkstančius genų, susijusių su MECP2. Jie pakartojo savo kartografavimą neuronuose su įprastomis MECP2 mutacijomis, susijusiomis su Retto sindromu, kad nustatytų, kur MECP2 yra išeikvotas ligos būsenoje.

Žinant, su kokiais genais MECP2 jungiasi, Liu ir Flamier galėjo pradėti užmegzti ryšius tarp MECP2 taikinių ir smegenų sveikatos. Jie nustatė, kad daugelis jo taikinių yra susiję su neuronų aksonų ir sinapsių vystymusi ir veikimu.

Jie taip pat palygino savo MECP2 taikinių sąrašą su Simons Foundation Autism Research Initiative (SFARI) su autizmu susijusių genų duomenų baze ir nustatė, kad 381 genas toje duomenų bazėje buvo MECP2 taikiniai.

Šaltinis: Neuron (2024). DOI: 10.1016/j.neuron.2024.04.007

Šios išvados gali padėti išaiškinti Rett sindromo autizmo simptomų atsiradimo mechanizmus ir sudaryti gerą atspirties tašką tiriant galimą MECP2 vaidmenį sergant autizmu.

„Mes sukūrėme pirmąjį integruotą MECP2 epigenomo žemėlapį sveikatos ir ligų srityje, ir šis žemėlapis gali padėti būsimiems tyrimams“, - sako Liu. „Žinojimas, į kuriuos genus nukreipia MECP2 ir kurie genai yra tiesiogiai sutrikdyti sergant liga, suteikia tvirtą pagrindą suprasti Retto sindromą ir užduoti klausimus apie genų reguliavimą neuronuose.

Tyrėjai taip pat ištyrė, ar MECP2 padidina ar sumažina tikslinių genų ekspresiją. Atsižvelgdami į tai, kad vieni MECP2 įvardijo kaip aktyvatorių, o kiti kaip represorių, Liu ir Flamier rado pavyzdžių, kai MECP2 atlieka abu vaidmenis.

Tačiau, nors MECP2 dažniau laikomas represoriumi, Liu ir Flamier nustatė, kad jis pirmiausia yra aktyvatorius – patvirtina ankstesnes Jaenisch ir Liu išvadas. Vienas naujas eksperimentas parodė, kad MECP2 suaktyvina mažiausiai 80 % savo taikinių, o kitas – iki 88 % savo taikinių.

Tyrėjų sukurtas tikslinių genų žemėlapis suteikė papildomos informacijos apie MECP2, kaip aktyvatoriaus, vaidmenį. Jie nustatė, kad genai, kuriuos aktyvuoja MECP2, paprastai jungiasi prie DNR srities, esančios prieš geną, vadinamą transkripcijos pradžios vieta.

Čia ląstelių mechanizmai inicijuoja geno nuskaitymą į RNR, o po to RNR paverčiama funkciniu baltymu, kuris yra genų ekspresijos produktas. MECP2 buvimas transkripcijos pradžios vietoje, kur prasideda genų ekspresija, atitinka jo, kaip genų aktyvatoriaus, vaidmenį.

Tada mokslininkai nusprendė nustatyti, kokį vaidmenį MECP2 vaidina aktyvinant genus. Jie ištyrė, prie kurių molekulių MECP2 jungiasi šioje vietoje, be DNR, ir nustatė, kad MECP2 tiesiogiai sąveikauja su baltymų kompleksu, vadinamu RNR polimeraze II (RNR Pol II). RNR Pol II yra pagrindinė ląstelių mašina, kuri transkribuoja DNR į RNR. RNR Pol II pati negali rasti genų, todėl jai reikia daug kofaktorių arba bendradarbiaujančių baltymų, kurie padėtų atlikti savo darbą.

Tyrėjai iškelia hipotezę, kad MECP2 yra vienas iš tokių kofaktorių, padedančių RNR Pol II inicijuoti transkripciją genuose, prie kurių jungiasi MECP2. MECP2 struktūrinė analizė nustatė molekulės dalis, kurios jungiasi su RNR Pol II, o kiti eksperimentai patvirtino, kad MECP2 praradimas sumažina RNR Pol II buvimą atitinkamose transkripcijos pradžios vietose ir tikslinių genų ekspresijos lygius.

Tai rodo, kad Retto sindromą gali sukelti sumažėjusi MECP2 nukreiptų genų transkripcija dėl MECP2 mutacijų, neleidžiančių jam prisijungti prie RNR Pol II arba prisijungti prie DNR. Remiantis šia idėja, dažniausiai su liga susijusios MECP2 mutacijos yra sutrumpinimas: mutacijos, kuriose trūksta dalies baltymo, o tai gali pakeisti MECP2 ir RNR Pol II sąveiką.

Tyrėjai tikisi, kad jų išvados ne tik pakeis mūsų supratimą apie MECP2, bet ir gilesnis ir platesnis supratimas apie tai, kaip MECP2 veikia smegenų vystymąsi ir funkciją, gali lemti naujų įžvalgų, kurios padės žmonėms, sergantiems Retto sindromu ir susijusiais sutrikimais, įskaitant autizmas.

„Šis projektas yra puikus Jaenisch laboratorijos darbo bendradarbiavimo pavyzdys“, – sako Flamier. "Rudolphas ir Yi turėjo specifinę Retto sindromo problemą, o aš turėjau patirties su CUT&Tag technologija, kuri galėtų išspręsti šią problemą. Diskusijų metu supratome, kad galime sujungti savo pastangas, ir dabar turime puikią informacijos apie MECP2 saugyklą. Ir jos sąsajos su liga."