Нови докази унапређују разумевање узрока Ретовог синдрома

Ретов синдром је редак неуроразвојни поремећај за који тренутно не постоји лек или добра терапија. То изазива тешке физичке и когнитивне симптоме, од којих се многи преклапају са поремећајима из спектра аутизма.

Ретов синдром је узрокован мутацијама гена МЕЦП2, који је високо експримиран у мозгу и чини се да игра важну улогу у одржавању здравља неурона. Ген се налази на Кс хромозому, а синдром првенствено погађа девојчице. Да би развили третмане за Реттов синдром, истраживачи желе да боље разумеју МЕЦП2 и његове функције у мозгу.

Истраживачи, укључујући суоснивача Института Вајтхед Рудолфа Џениша, деценијама су проучавали МЕЦП2, али многе основне чињенице о гену остале су непознате. Протеин МЕЦП2, који је кодиран геном, је укључен у регулацију гена; везује се за ДНК и утиче на нивое експресије разних других гена, што значи на количину протеина коју праве.

Међутим, истраживачи нису имали потпуну листу гена на које МЕЦП2 утиче и није постојао консензус о томе како МЕЦП2 утиче на ове гене.

Ране студије МЕЦП2 сугерисале су да је он репресор, смањујући експресију његових циљних гена, али истраживање Јаениша и других је раније показало да МЕЦП2 такође делује као активатор, повећавајући експресију својих мета — и да може бити активатор на првом месту. Такође није познат механизам деловања МЕЦП2 или шта тачно протеин ради што доводи до промена у експресији гена.

Ограничења у технологији су спречила истраживаче да разјасне ова питања. Али Јаниш, постдоктор у својој лабораторији, Ји Лиу, и бивши члан Јанишове лабораторије, Ентони Фламије, сада доцент у истраживачком центру ЦХУ Саинте-Јустине на Универзитету у Монтреалу, користили су најсавременије методе да одговоре на ове преостала питања о МЕЦП2 и стећи нове увиде у његову улогу у здрављу и болести мозга.

Њихови резултати су објављени у часопису Неурон, а истраживачи су такође направили онлајн репозиторијум својих МЕЦП2 података, МЕЦП2-НеуроАтлас портал, као ресурс за друге истраживаче.

"Мислим да ће овај рад фундаментално променити начин на који људи размишљају о томе како МЕЦП2 изазива Ретов синдром. Имамо потпуно ново разумевање механизма и то може да пружи нове путеве за развој лечења ове болести", каже Џениш, који је такође професор биологије на Технолошком институту у Масачусетсу.

Напредно разумевање МЕЦП2 у мозгу

Истраживачи су прво направили детаљну мапу где се МЕЦП2 везује у секвенци гена људских неурона, било унутар гена или у регулаторним регионима ДНК у њиховој близини. Користили су приступ под називом ЦУТ&амп;Таг, који може да открије интеракције протеин-ДНК са великом прецизношћу.

Истраживачи су открили више од четири хиљаде гена повезаних са МЕЦП2. Поновили су своје мапирање у неуронима са уобичајеним МЕЦП2 мутацијама повезаним са Ретовим синдромом да би утврдили где је МЕЦП2 исцрпљен у болесном стању.

Знање за које се гени МЕЦП2 везује омогућило је Лиуу и Фламиеру да почну да успостављају везе између мета МЕЦП2 и здравља мозга. Открили су да су многе његове мете укључене у развој и функцију неуронских аксона и синапси.

Такође су упоредили своју листу МЕЦП2 мета са базом података о генима повезаним са аутизмом Симонсове фондације Иницијативе за истраживање аутизма (СФАРИ) и открили да је 381 ген у тој бази података МЕЦП2 мета.

Извор: Неурон (2024). ДОИ: 10.1016/ј.неурон.2024.04.007

Ови налази могу помоћи у разјашњавању механизама који леже у основи симптома аутизма код Ретовог синдрома и представљају добру полазну тачку за истраживање могуће улоге МЕЦП2 у аутизму.

„Направили смо прву интегрисану мапу епигенома МЕЦП2 у здрављу и болестима, а ова мапа може да води будућа истраживања“, каже Лиу. „Знати који су гени мета МЕЦП2 и који су гени директно поремећени у болести, пружа снажну основу за разумевање Ретовог синдрома и постављање питања о регулацији гена у неуронима.

Истраживачи су такође испитали да ли МЕЦП2 повећава или смањује експресију својих циљних гена. У складу са историјом МЕЦП2 који су неки идентификовали као активатор, а други као репресор, Лиу и Фламиер су пронашли примере где МЕЦП2 игра обе улоге.

Међутим, иако се МЕЦП2 чешће сматра репресором, Лиу и Фламиер су открили да је он првенствено активатор—потврђујући претходне налазе Јаениша и Лиуа. Један нови експеримент је показао да МЕЦП2 активира најмање 80% својих циљева, а други да активира до 88% својих циљева.

Мапа циљног гена коју су креирали истраживачи пружила је додатни увид у улогу МЕЦП2 као активатора. Открили су да се за гене које МЕЦП2 активира, он обично везује за регион ДНК узводно од гена који се зове почетно место транскрипције.

Овде ћелијска машина покреће процес читања гена у РНК, након чега се РНК преводи у функционални протеин, који је производ експресије гена. Присуство МЕЦП2 на месту почетка транскрипције где почиње експресија гена је у складу са његовом улогом активатора гена.

Истраживачи су затим кренули да утврде коју улогу МЕЦП2 игра у активирању гена. Проучавали су за које се молекуле МЕЦП2 везује на овом месту, поред ДНК, и открили да МЕЦП2 директно реагује са протеинским комплексом који се зове РНК полимераза ИИ (РНА Пол ИИ). РНА Пол ИИ је кључна ћелијска машина која транскрибује ДНК у РНК. РНА Пол ИИ не може сама да пронађе гене, па јој је потребно много кофактора, или кооперативних протеина, да би јој помогли да обави свој посао.

Истраживачи претпостављају да МЕЦП2 служи као један такав кофактор, помажући РНК Пол ИИ да започне транскрипцију на генима где се МЕЦП2 везује. Структурна анализа МЕЦП2 је идентификовала делове молекула који се везују за РНК Пол ИИ, а други експерименти су потврдили да губитак МЕЦП2 смањује присуство РНК Пол ИИ на релевантним местима почетка транскрипције, као и нивое експресије циљних гена.

Ово сугерише да Ретов синдром може бити узрокован смањеном транскрипцијом гена на које циља МЕЦП2 због мутација у МЕЦП2 које спречавају да се веже за РНК Пол ИИ или да се веже за ДНК. У складу са овом идејом, најчешће МЕЦП2 мутације повезане са болешћу су скраћења: мутације у којима недостаје део протеина, што може да промени интеракцију између МЕЦП2 и РНК Пол ИИ.

Истраживачи се надају да њихови налази неће само променити наше разумевање МЕЦП2, већ и да дубље и шире разумевање како МЕЦП2 утиче на развој и функцију мозга може довести до нових увида који ће помоћи људима са Ретовим синдромом и сродним поремећајима, укључујући аутизам.

„Овај пројекат је одличан пример колаборативне природе рада Јаенисцх лабораторије“, каже Фламиер. „Рудолф и Ји су имали специфичан проблем са Ретовим синдромом, а ја сам имао искуства са технологијом ЦУТ&амп;Таг која би могла да реши овај проблем. Кроз дискусију, схватили смо да можемо да комбинујемо наше напоре, и сада имамо сјајан репозиториј информација о МЕЦП2 и његове везе са болешћу."