Η γονιδιακή θεραπεία αναστρέφει τα αποτελέσματα της μετάλλαξης που συνδέεται με τον αυτισμό στα οργανοειδή του ανθρώπινου εγκεφάλου

Οι εικόνες μικροσκοπίας αποκαλύπτουν σημαντικές διαφορές στο μέγεθος και τη δομή μεταξύ των εγκεφαλικών οργανοειδών που προέρχονται από έναν ασθενή με σύνδρομο Pitt-Hopkins (δεξιά) και έναν έλεγχο (αριστερά). Πίστωση: UC San Diego Health Sciences

Μια μελέτη του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο (UCSD) χρησιμοποιεί ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό που έχει αναπτυχθεί στο εργαστήριο για να εντοπίσει νευρικές ανωμαλίες στο σύνδρομο Pitt-Hopkins και να δοκιμάσει εργαλεία γονιδιακής θεραπείας.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 02 Μαΐου 2022, στο περιοδικό Επικοινωνία για τη φύση, επιστήμονες της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο χρησιμοποίησαν οργανοειδή ανθρώπινου εγκεφάλου για να ανακαλύψουν πώς μια γενετική μετάλλαξη που σχετίζεται με μια σοβαρή μορφή αυτισμού διαταράσσει τη νευρική ανάπτυξη. Η χρήση εργαλείων γονιδιακής θεραπείας για την ανάκτηση της γονιδιακής λειτουργίας διέσωσε με επιτυχία τη δομή και τη λειτουργία των νευρώνων.

Αρκετές νευρολογικές και νευροψυχιατρικές ασθένειες, συμπεριλαμβανομένων των διαταραχών του φάσματος του αυτισμού (ASD) και της σχιζοφρένειας, έχουν συσχετιστεί με μεταλλάξεις στον μεταγραφικό παράγοντα 4 (TCF4), ένα γονίδιο απαραίτητο για την ανάπτυξη του εγκεφάλου. Οι μεταγραφικοί παράγοντες ρυθμίζουν όταν άλλα γονίδια ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται, επομένως η παρουσία ή η απουσία τους μπορεί να έχει αποτέλεσμα ντόμινο στο αναπτυσσόμενο έμβρυο. Ωστόσο, λίγα είναι γνωστά για το τι συμβαίνει στον ανθρώπινο εγκέφαλο πότε TCF4 είναι μεταλλαγμένη.

Για να διερευνήσουν αυτό το ερώτημα, οι ερευνητές εστίασαν στο σύνδρομο Pitt-Hopkins, ένα ASD που προκαλείται ειδικά από μεταλλάξεις σε TCF4. Τα παιδιά με τη γενετική διαταραχή έχουν βαθιές γνωστικές και κινητικές διαταραχές και είναι γενικά μη λεκτικά.

Σύνδρομο Pitt-Hopkins (PTHS) είναι μια σπάνια γενετική διαταραχή που χαρακτηρίζεται από αναπτυξιακή καθυστέρηση, επιληψία, διακριτικά χαρακτηριστικά του προσώπου και εν τέλει διακοπτόμενο υπεραερισμό ακολουθούμενο από άπνοια. Καθώς ανακαλύπτεται ο Pitt-Hopkins, το αναπτυξιακό φάσμα της διαταραχής διευρύνεται για να συμπεριλάβει δυσκολίες με αυτισμό, άγχος, ADHD και αισθητηριακές διαταραχές. Συνδέεται με μια ανωμαλία του χρωμοσώματος 18, ιδιαίτερα μια ανεπαρκή έκφραση του γονιδίου TCF4.

Τα υπάρχοντα μοντέλα ποντικιών του συνδρόμου Pitt-Hopkins αποτυγχάνουν να μιμηθούν με ακρίβεια τα νευρικά χαρακτηριστικά των ασθενών, έτσι η ομάδα UCSD δημιούργησε ένα ανθρώπινο ερευνητικό μοντέλο της διαταραχής. Χρησιμοποιώντας τεχνολογία βλαστοκυττάρων, μετέτρεψαν τα κύτταρα του δέρματος των ασθενών σε βλαστοκύτταρα, τα οποία στη συνέχεια αναπτύχθηκαν σε τρισδιάστατα εγκεφαλικά οργανοειδή ή «μίνι-εγκεφάλους».

READ  Η βροχή μετεωριτών Geminid κορυφώνεται σήμερα το απόγευμα. Καλά νέα για τους παρατηρητές του ουρανού του Μίσιγκαν

Οι πρώιμες παρατηρήσεις των εγκεφαλικών οργανοειδών αποκάλυψαν ένα πλήθος δομικών και λειτουργικών διαφορών μεταξύ των TCF4– τα μεταλλαγμένα δείγματα και οι έλεγχοι τους.

«Ακόμη και χωρίς μικροσκόπιο, θα μπορούσατε να πείτε ποιο οργανοειδές του εγκεφάλου είχε τη μετάλλαξη», είπε η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Alysson R. Muotri, PhD, καθηγήτρια στο UC San Diego School of Medicine, διευθύντρια προγράμματος βλαστοκυττάρων από το UC San Diego και μέλος. του Sanford Consortium for Regenerative Medicine.

ο TCF4-τα μεταλλαγμένα οργανοειδή ήταν σημαντικά μικρότερα από τα φυσιολογικά οργανοειδή και πολλά κύτταρα δεν ήταν στην πραγματικότητα νευρώνες, αλλά νευρικοί πρόγονοι. Αυτά τα απλά κύτταρα υποτίθεται ότι πολλαπλασιάζονται και στη συνέχεια γίνονται εξειδικευμένα εγκεφαλικά κύτταρα, αλλά στα μεταλλαγμένα οργανοειδή, μέρος αυτής της διαδικασίας έχει πάει στραβά.

Μια σειρά πειραμάτων αποκάλυψε ότι το TCF4 μετάλλαξη οδήγησε σε κατάντη απορρύθμιση του Κάλτσες γονίδια και το μονοπάτι Wnt, δύο σημαντικά μοριακά σήματα που καθοδηγούν τα εμβρυϊκά κύτταρα να πολλαπλασιαστούν, να ωριμάσουν σε νευρώνες και να μεταναστεύσουν στη σωστή θέση στον εγκέφαλο.

Λόγω αυτής της απορρύθμισης, οι νευρικοί πρόγονοι δεν πολλαπλασιάστηκαν αποτελεσματικά και επομένως παρήχθησαν λιγότεροι φλοιώδεις νευρώνες. Τα κύτταρα που ωρίμασαν σε νευρώνες ήταν λιγότερο διεγερτά από το κανονικό και συχνά παρέμεναν συσσωρευμένα αντί να οργανώνονται σε καλά συντονισμένα νευρικά κυκλώματα.

Αυτή η άτυπη κυτταρική αρχιτεκτονική διέκοψε τη ροή της νευρωνικής δραστηριότητας στο μεταλλαγμένο οργανοειδές του εγκεφάλου, το οποίο οι συγγραφείς πιστεύουν ότι πιθανότατα συμβάλλει σε εξασθενημένη γνωστική και κινητική λειτουργία.

«Εκπλαγήκαμε που είδαμε τόσο σημαντικά αναπτυξιακά ζητήματα σε όλες αυτές τις διαφορετικές κλίμακες και αναρωτηθήκαμε τι θα μπορούσαμε να κάνουμε για να τα αντιμετωπίσουμε», είπε ο πρώτος συγγραφέας Fabio Papes, PhD, αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο de Campinas και επισκέπτης ερευνητής στο UC. Ιατρική Σχολή του Σαν Ντιέγκο, ο οποίος επέβλεπε από κοινού την εργασία με τον Muotri. Ο Πόουπς έχει έναν συγγενή με σύνδρομο Πιτ-Χόπκινς, το οποίο τον παρακίνησε να σπουδάσει TCF4.

Η ομάδα εξέτασε δύο διαφορετικές στρατηγικές γονιδιακής θεραπείας για να σώσει το λειτουργικό γονίδιο από τον εγκεφαλικό ιστό. Και οι δύο μέθοδοι πράγματι αυξήθηκαν TCF4 και, κάνοντας αυτό, διόρθωσε τους φαινοτύπους του συνδρόμου Pitt-Hopkins σε μοριακή, κυτταρική και ηλεκτροφυσιολογική κλίμακα.

READ  Η Μινεσότα απαγορεύει τις πωλήσεις και τις εκθέσεις πουλερικών για 31 ημέρες λόγω της επιδημίας H5N1

«Το γεγονός ότι μπορούμε να διορθώσουμε αυτό το γονίδιο και να ανακτήσουμε ολόκληρο το νευρικό σύστημα, ακόμη και σε λειτουργικό επίπεδο, είναι εκπληκτικό», είπε ο Muotri.

Ο Muotri σημειώνει ότι αυτές οι γενετικές παρεμβάσεις πραγματοποιήθηκαν σε προγεννητικό στάδιο ανάπτυξης του εγκεφάλου, ενώ σε κλινικό περιβάλλον, τα παιδιά θα λάμβαναν τη διάγνωση και τη θεραπεία τους λίγα χρόνια αργότερα. Επομένως, οι κλινικές δοκιμές πρέπει πρώτα να επιβεβαιώσουν εάν η επακόλουθη παρέμβαση εξακολουθεί να είναι ασφαλής και αποτελεσματική. Η ομάδα αυτή τη στιγμή βελτιστοποιεί τα πρόσφατα αδειοδοτημένα εργαλεία γονιδιακής θεραπείας της για μια τέτοια δοκιμή, στην οποία οι νωτιαίες ενέσεις του γονιδιακού φορέα ελπίζουμε να ανακτήσουν τη λειτουργία του TCF4 στον εγκέφαλο.

«Για αυτά τα παιδιά και τα αγαπημένα τους πρόσωπα, οποιαδήποτε βελτίωση στην κινητική-γνωστική λειτουργία και στην ποιότητα ζωής θα άξιζε να προσπαθήσουμε», είπε ο Muotri.

«Αυτό που είναι πραγματικά αξιοσημείωτο σε αυτήν την εργασία είναι ότι αυτοί οι ερευνητές υπερβαίνουν το εργαστήριο και εργάζονται σκληρά για να μεταφράσουν αυτές τις ανακαλύψεις στην κλινική», δήλωσε η Audrey Davidow, πρόεδρος του Ιδρύματος Ερευνών Pitt Hopkins. «Αυτό είναι πολύ περισσότερο από μια εξαιρετική ακαδημαϊκή εργασία. είναι ένα πραγματικό μέτρο του τι μπορεί να επιτύχει η επιστήμη, αν γίνει καλά, για να ελπίζουμε ότι αλλάζουν ανθρώπινες ζωές προς το καλύτερο.

Αναφορά: “Η απώλεια της λειτουργίας του μεταγραφικού παράγοντα 4 σχετίζεται με ελλείμματα στον προγονικό νευρώνα του φλοιού και στον πολλαπλασιασμό περιεχομένου” από τους Fabio Papes, Antonio P. Camargo, Janaina S. de Souza, Vinicius MA Carvalho, Ryan A. Szeto, Erin LaMontagne, José R. Teixeira, Simoni H. Avansini, Sandra M. Sánchez-Sánchez, Thiago S. Nakahara, Carolina N. Santo, Wei Wu, Hang Yao, Barbara MP Araújo, Paulo ENF Velho, Gabriel G. Haddad και Alysson R. Muotri, 2 Μαΐου 2022, Επικοινωνία για τη φύση.
DOI: 10.1038/s41467-022-29942-w

READ  Η ανακάλυψη της τρισδιάστατης μαγνητικής νανοσυστοιχίας θα μπορούσε να επιτρέψει μια νέα γενιά τεχνολογιών αποθήκευσης 3D

Οι συν-συγγραφείς περιλαμβάνουν: Janaina S. de Souza, Ryan A. Szeto, Erin LaMontagne, Simoni H. Avansini, Sandra M. Sanchez-Sanchez, Wei Wu, Hang Yao και Gabriel Haddad στο UC San Diego. Antonio P. Camargo, Vinicius MA Carvalho, Jose R. Teixeira, Thiago S. Nakahara, Carolina N. Santo, Barbara MP Araujo και Paulo ENF Velho στο Πανεπιστήμιο του Campinas.

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε, εν μέρει, από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (Grant R01 MH123828), το Ίδρυμα Ερευνών Pitt Hopkins, το Ερευνητικό Ίδρυμα του Σάο Πάολο (Grants 2020/11451-7, 2018/03613-7, 2018/04240-0) και το Κοινό Ινστιτούτο Γονιδιώματος του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DE-AC02-05CH11231).

Αποκαλύψεις: Η Alysson R. Muotri είναι συνιδρυτής και έχει μετοχικό ενδιαφέρον στην TISMOO, μια εταιρεία αφιερωμένη στη γενετική ανάλυση και την οργανογένεση του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.