Uued tõendid edendavad Retti sündroomi põhjuste mõistmist

Rett'i sündroom on haruldane närvisüsteemi arenguhäire, millele praegu puudub ravi või hea ravi. See põhjustab tõsiseid füüsilisi ja kognitiivseid sümptomeid, millest paljud kattuvad autismispektri häiretega.

Rett'i sündroom on põhjustatud mutatsioonidest MECP2 geenis, mis ekspresseerub tugevalt ajus ja näib mängivat olulist rolli neuronite tervise säilitamisel. Geen asub X-kromosoomis ja sündroom mõjutab peamiselt tüdrukuid. Retti sündroomi ravimeetodite väljatöötamiseks soovivad teadlased paremini mõista MECP2-d ja selle funktsioone ajus.

Teadlased, sealhulgas Whiteheadi instituudi kaasasutaja Rudolf Jaenisch, on MECP2-d uurinud aastakümneid, kuid paljud põhifaktid geeni kohta jäid teadmata. MECP2 valk, mida geen kodeerib, osaleb geeniregulatsioonis; see seostub DNA-ga ja mõjutab mitmete teiste geenide ekspressioonitaset, mis tähendab nende poolt toodetava valgu kogust.

Kuid teadlastel ei olnud täielikku loendit geenidest, mida MECP2 mõjutab, ja puudus üksmeel selles, kuidas MECP2 neid geene mõjutab.

Varasemad MECP2 uuringud näitasid, et see on repressor, mis vähendab selle sihtgeenide ekspressiooni, kuid Jaenischi ja teiste uuringud olid varem näidanud, et MECP2 toimib ka aktivaatorina, suurendades selle sihtmärkide ekspressiooni ja et see võib ole ennekõike aktivaator. Samuti oli teadmata MECP2 toimemehhanism või see, mida see valk täpselt teeb, mis põhjustab muutusi geeniekspressioonis.

Tehnoloogia piirangud on takistanud teadlastel nendes küsimustes selgust saada. Kuid Yanish, oma labori järeldoktor Yi Liu ja Yanishi labori endine liige Anthony Flamier, nüüd Montréali ülikooli CHU Sainte-Justine'i uurimiskeskuse dotsent, on nendele küsimustele vastamiseks kasutanud tipptasemel meetodeid. Ülejäänud küsimused MECP2 kohta ja saada uusi teadmisi selle rollist aju tervises ja haigustes.

Nende tulemused avaldati ajakirjas Neuron ja teadlased lõid ka oma MECP2 andmete veebihoidla, portaal MECP2-NeuroAtlas, mis on ressurss teistele uurijatele.

"Ma arvan, et see artikkel muudab põhjalikult seda, kuidas inimesed mõtlevad, kuidas MECP2 põhjustab Retti sündroomi. Meil on mehhanismist täiesti uus arusaam ja see võib pakkuda uusi võimalusi selle haiguse ravimeetodite väljatöötamiseks," ütleb Jaenisch, kes on ka Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi bioloogiaprofessor.

Täiustatud arusaam MECP2-st ajus

Teadlased koostasid esmalt üksikasjaliku kaardi selle kohta, kus MECP2 seondub inimese neuronite geenijärjestuses, kas geenides või nende läheduses asuvates DNA regulatoorsetes piirkondades. Nad kasutasid meetodit nimega CUT&Tag, mis suudab suure täpsusega tuvastada valgu-DNA interaktsioone.

Teadlased on avastanud rohkem kui neli tuhat MECP2-ga seotud geeni. Nad kordasid oma kaardistamist neuronites, millel olid Rett'i sündroomiga seotud tavalised MECP2 mutatsioonid, et teha kindlaks, kus MECP2 on haigusseisundis ammendunud.

Teadmine, milliste geenidega MECP2 seostub, võimaldas Liul ja Flamieril hakata looma seoseid MECP2 sihtmärkide ja aju tervise vahel. Nad leidsid, et paljud selle sihtmärgid on seotud neuronaalsete aksonite ja sünapside arengu ja toimimisega.

Nad võrdlesid oma MECP2 sihtmärkide loendit ka Simonsi fondi Autism Research Initiative (SFARI) autismiga seotud geenide andmebaasiga ja leidsid, et 381 geeni selles andmebaasis olid MECP2 sihtmärgid.

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

Need leiud võivad aidata selgitada Retti sündroomi autismi sümptomite aluseks olevaid mehhanisme ja olla hea lähtepunkt MECP2 võimaliku rolli uurimiseks autismis.

"Oleme loonud MECP2 epigenoomi esimese integreeritud kaardi tervise ja haiguste kohta ning see kaart võib suunata tulevasi uuringuid, " ütleb Liu. "Teadmine, millised geenid on MECP2 sihtmärgiks ja millised geenid on haiguses otseselt häiritud, annab tugeva aluse Retti sündroomi mõistmiseks ja küsimuste esitamiseks neuronite geeniregulatsiooni kohta."

Samuti uurisid teadlased, kas MECP2 suurendab või vähendab sihtgeenide ekspressiooni. Kooskõlas ajalooga, mille kohaselt on mõned MECP2 tuvastanud aktivaatorina ja teised repressorina, leidsid Liu ja Flamier näiteid, kus MECP2 mängib mõlemat rolli.

Kuigi MECP2-d peetakse sagedamini repressoriks, leidsid Liu ja Flamier, et see on peamiselt aktivaator – kinnitades Jaenischi ja Liu varasemaid leide. Üks uus katse näitas, et MECP2 aktiveerib vähemalt 80% oma sihtmärkidest ja teine, et see aktiveerib kuni 88% oma sihtmärkidest.

Teadlaste loodud sihtgeenikaart andis täiendava ülevaate MECP2 rollist aktivaatorina. Nad leidsid, et geenide puhul, mida MECP2 aktiveerib, seostub see tavaliselt DNA piirkonnaga, mis asub geenist ülesvoolu, mida nimetatakse transkriptsiooni alguskohaks.

See on koht, kus rakumehhanismid käivitavad geeni lugemise RNA-ks, mille järel RNA muundatakse funktsionaalseks valguks, mis on geeniekspressiooni produkt. MECP2 olemasolu transkriptsiooni alguskohas, kus geeniekspressioon algab, on kooskõlas selle rolliga geeniaktivaatorina.

Seejärel otsustasid teadlased välja selgitada, millist rolli mängib MECP2 geenide aktiveerimisel. Nad uurisid, milliste molekulidega MECP2 lisaks DNA-le selles kohas seondub, ja leidsid, et MECP2 interakteerub otseselt valgukompleksiga, mida nimetatakse RNA polümeraas II-ks (RNA Pol II). RNA Pol II on võtmetähtsusega rakuline masin, mis transkribeerib DNA RNA-ks. RNA Pol II ei suuda iseseisvalt geene leida, seega vajab see palju kofaktoreid ehk koostööd tegevaid valke, et aidata tal oma tööd teha.

Teadlased oletavad, et MECP2 toimib ühe sellise kofaktorina, aidates RNA Pol II-l algatada transkriptsiooni geenides, kus MECP2 seondub. MECP2 struktuurianalüüs on tuvastanud molekuli osad, mis seostuvad RNA Pol II-ga, ja teised katsed on kinnitanud, et MECP2 kadumine vähendab RNA Pol II esinemist asjakohastes transkriptsiooni alguskohtades ja sihtgeenide ekspressioonitasemeid.

See viitab sellele, et Rett'i sündroomi võib põhjustada MECP2 sihitud geenide vähenenud transkriptsioon MECP2 mutatsioonide tõttu, mis takistavad sellel seondumast RNA Pol II-ga või DNA-ga. Selle idee kohaselt on kõige levinumad haigustega seotud MECP2 mutatsioonid kärped: mutatsioonid, milles osa valgust puudub, mis võib muuta MECP2 ja RNA Pol II vahelist koostoimet.

Teadlased loodavad, et nende leiud ei muuda mitte ainult meie arusaama MECP2-st, vaid sügavam ja laiem arusaam sellest, kuidas MECP2 mõjutab aju arengut ja funktsiooni, võib anda uusi teadmisi, mis aitavad Retti sündroomi ja sellega seotud häiretega inimesi, sealhulgas autism.

"See projekt on suurepärane näide Jaenischi labori töö koostööst," ütleb Flamier. "Rudolphil ja Yil oli Retti sündroomiga konkreetne probleem ja mul oli kogemusi CUT&Tag tehnoloogiaga, mis võiks selle probleemi lahendada. Arutelu käigus mõistsime, et saame oma jõupingutused ühendada ja nüüd on meil suurepärane teabehoidla MECP2 kohta. Ja selle seoseid haigusega."