Генетический экран предлагает новые лекарственные мишени для болезни Хантингтона

Используя тип генетического скрининга, который ранее был невозможен в мозге млекопитающих, нейробиологи MIT идентифицировали сотни генов, необходимых для выживания нейронов. Они также использовали тот же подход для определения генов, которые защищают от токсического воздействия мутантного белка, вызывающего болезнь Хантингтона.

Эти усилия позволили получить по крайней мере одну перспективную лекарственную мишень для препарата Хантингтона: семейство генов, которые обычно могут помочь клеткам расщепить мутированный белок хантингтина, прежде чем он сможет агрегировать и образовывать комки, наблюдаемые в мозге пациентов Хантингтона.

«Эти гены никогда не были связаны с процессами болезни Хантингтона раньше. Когда мы их увидели, это было очень интересно, потому что мы нашли не только один ген, но фактически несколько из одной семьи, а также увидели, что они оказывают влияние на две модели болезни Хантингтона », – говорит Мириам Хейман, доцент нейробиологии. в отделе мозга и когнитивных наук и старший автор исследования.

Новая методика скрининга исследователей, которая позволила им оценить все приблизительно 22 000 генов, обнаруженных в мозге мыши, также может быть применена к другим неврологическим расстройствам, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона, говорит Хейман, который также является членом Picower из Массачусетского технологического института. Институт Изучения и Памяти и Широкий Институт MIT и Гарварда.

Широкий институт постдока Мэри Верц является ведущим автором статьи, которая выходит в Neuron .

Геномный экран

В течение многих десятилетий биологи проводили скрининг, в ходе которого они систематически выбивали отдельные гены в модельных организмах, таких как мыши, плодовые мухи и червь  C. elegans , а затем наблюдали за эффектами на выживание клеток. Однако такие экраны никогда не делались в мозге мыши. Одна из основных причин этого заключается в том, что доставить молекулярный механизм, необходимый для этих генетических манипуляций, в мозге труднее, чем где-либо еще в организме.

«Эти непредвзятые генетические экраны очень мощные, но техническая трудность сделать это в центральной нервной системе в масштабе всего генома никогда не была преодолена», – говорит Хейман.

В последние годы исследователи из Института Брода разработали библиотеки генетического материала, которые можно использовать для отключения экспрессии каждого гена, обнаруженного в геноме мыши. Одна из этих библиотек основана на короткой шпилечной РНК (shRNA), которая взаимодействует с РНК-мессенджером, которая несет информацию определенного гена. Другой использует CRISPR, метод, который может нарушать или удалять определенные гены в клетке. Эти библиотеки доставляются вирусами, каждый из которых содержит один элемент, нацеленный на один ген.

Библиотеки были спроектированы таким образом, чтобы на каждый из примерно 22 000 мышиных генов воздействовали четыре или пять shRNAs или компонентов CRISPR, поэтому от 80 000 до 100 000 вирусов необходимо проникнуть в мозг, чтобы обеспечить попадание всех генов хотя бы один раз. Команда MIT придумала способ сделать свои растворы вирусов высококонцентрированными и ввести их непосредственно в стриатуму мозга. Используя этот подход, они смогли доставить один из элементов shRNA или CRISPR примерно до 25 процентов всех клеток в полосатом теле.

Исследователи сосредоточились на стриатуме, который участвует в регуляции двигательного контроля, познания и эмоций, потому что это область мозга, наиболее пострадавшая от болезни Хантингтона. Это также связано с болезнью Паркинсона, а также аутизмом и наркоманией.

Приблизительно через семь месяцев после инъекции исследователи секвенировали всю геномную ДНК в целевых полосатых нейронах. Их подход основан на идее, что, если для выживания нейронов необходимы определенные гены, любая клетка с этими генами будет погибать. Затем эти shRNAs или элементы CRISPR будут обнаруживаться с более низкой скоростью в общей популяции клеток.

Исследование выявило множество генов, необходимых для выживания любой клетки, таких как ферменты, участвующие в метаболизме клеток или копирующие ДНК в РНК. Результаты также выявили гены, которые были определены в предыдущих исследованиях плодовых мух и червей как важные для функции нейронов, например, гены включали функцию синапсов (структур, которые позволяют нейронам связываться друг с другом).

Однако новым открытием этого исследования была идентификация генов, которые раньше не были связаны с выживанием нейронов, говорит Хейман. Многие из них были генами, которые кодируют метаболические белки, которые необходимы в клетках, которые сжигают много энергии.

«Мы понимаем, что это означает, что нейроны в мозге млекопитающих гораздо более метаболически активны и имеют гораздо более высокую зависимость от этих процессов, чем, например, нейрон у  C. elegans» , – говорит Хейман.

Уильям Ян, профессор психиатрии и биоповеденческих наук в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, называет новую методику скрининга «гигантским скачком вперед» в области исследований мозга.

«До этого люди действительно могли изучать молекулярную функцию генов ген за геном, или, может быть, несколько генов одновременно. Это новаторское исследование, потому что оно демонстрирует, что вы можете проводить генетический скрининг всего генома в центральной нервной системе млекопитающих », – говорит Ян, который не принимал участия в исследовании.

Перспективные цели

Затем исследователи провели скрининг одного и того же типа на двух разных мышиных моделях болезни Хантингтона. Эти мышиные модели экспрессируют мутированную форму белка Хантингтина, который образует комки в мозге пациентов Хантингтона. В этом случае исследователи сравнили результаты с экрана мышей Хантингтона с нормальными мышами. По словам Хеймана, если бы у мышей Хантингтона были обнаружены какие-либо элементы shRNA или CRISPR реже, это позволило бы предположить, что эти элементы нацелены на гены, которые помогают сделать клетки более устойчивыми к токсическому действию белка хантингтина.

Одним из многообещающих лекарств-мишеней, появившихся на этом экране, является семейство генов Nme, которое ранее было связано с метастазированием рака, но не с болезнью Хантингтона. Команда MIT обнаружила, что один из этих генов, Nme1, регулирует экспрессию других генов, которые участвуют в правильной утилизации белков. Исследователи выдвигают гипотезу, что без Nme1 эти гены не включаются так сильно, что позволяет накапливаться в мозгу. Они также показали, что когда Nme1 сверхэкспрессируется на мышиной модели Хантингтона, симптомы Хантингтона, похоже, улучшаются.

По словам Хеймана, хотя этот ген ранее не был связан с геном Хантингтона, уже были предприняты некоторые усилия по разработке соединений, нацеленных на него, для применения при лечении рака.

«Это очень интересно для нас, потому что теоретически это лекарственное средство», – говорит она. «Если мы сможем увеличить его активность с помощью небольшой молекулы, возможно, мы сможем воспроизвести эффект генетической избыточной экспрессии».

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Варикоз: симптомы, лечение и профилактика заболевания
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector