Ang bagong ebidensya ay nagsusulong ng pag-unawa sa mga sanhi ng Rett syndrome

Ang Rett syndrome ay isang bihirang neurodevelopmental disorder kung saan sa kasalukuyan ay walang lunas o mahusay na therapy. Nagdudulot ito ng malubhang pisikal at nagbibigay-malay na sintomas, na marami sa mga ito ay nag-o-overlap sa mga autism spectrum disorder.

Ang

Rett syndrome ay sanhi ng mga mutasyon sa MECP2 gene, na lubos na ipinahayag sa utak at mukhang may mahalagang papel sa pagpapanatili ng kalusugan ng mga neuron. Ang gene ay matatagpuan sa X chromosome, at ang sindrom ay pangunahing nakakaapekto sa mga batang babae. Upang bumuo ng mga paggamot para sa Rett syndrome, nais ng mga mananaliksik na mas maunawaan ang MECP2 at ang mga function nito sa utak.

Ang mga mananaliksik, kabilang ang co-founder ng Whitehead Institute na si Rudolf Jaenisch, ay nag-aaral ng MECP2 sa loob ng mga dekada, ngunit maraming pangunahing katotohanan tungkol sa gene ang nanatiling hindi alam. Ang MECP2 na protina, na naka-encode ng gene, ay kasangkot sa regulasyon ng gene; ito ay nagbubuklod sa DNA at nakakaapekto sa mga antas ng pagpapahayag ng iba't ibang mga gene, ibig sabihin ay ang dami ng protina na kanilang ginagawa.

Gayunpaman, ang mga mananaliksik ay walang kumpletong listahan ng mga gene na naaapektuhan ng MECP2, at walang pinagkasunduan kung paano nakakaapekto ang MECP2 sa mga gene na ito.

Iminungkahi ng mga naunang pag-aaral ng MECP2 na ito ay isang repressor, na binabawasan ang pagpapahayag ng mga target na gene nito, ngunit ang pananaliksik ni Jaenisch at ng iba ay dati nang nagpakita na ang MECP2 ay gumaganap din bilang isang activator, na nagpapataas ng pagpapahayag ng mga target nito — at maaari itong maging isang activator sa unang lugar. Hindi rin alam ang mekanismo ng pagkilos ng MECP2, o kung ano ang eksaktong ginagawa ng protina na humahantong sa mga pagbabago sa expression ng gene.

Ang mga limitasyon sa teknolohiya ay humadlang sa mga mananaliksik na magkaroon ng kalinawan sa mga tanong na ito. Ngunit si Yanish, isang postdoc sa kanyang lab, si Yi Liu, at isang dating miyembro ng Yanish's lab, si Anthony Flamier, ngayon ay isang assistant professor sa CHU Sainte-Justine research center sa Université de Montréal, ay gumamit ng mga makabagong pamamaraan upang sagutin ang mga ito natitirang mga tanong tungkol sa MECP2 at makakuha ng mga bagong insight sa papel nito sa kalusugan ng utak at sakit.

Na-publish ang kanilang mga resulta sa journal Neuron, at gumawa din ang mga mananaliksik ng online na repository ng kanilang MECP2 data, ang MECP2-NeuroAtlas portal, bilang isang mapagkukunan para sa iba pang mga mananaliksik.

"Sa tingin ko ang papel na ito ay pangunahing magbabago sa paraan ng pag-iisip ng mga tao tungkol sa kung paano nagdudulot ang MECP2 ng Rett syndrome. Mayroon kaming ganap na bagong pag-unawa sa mekanismo, at ito ay maaaring magbigay ng mga bagong paraan para sa pagbuo ng mga paggamot para sa sakit na ito," sabi ni Jaenisch, na ay Propesor din ng Biology sa Massachusetts Institute of Technology.

Advanced na pag-unawa sa MECP2 sa utak

Ang mga mananaliksik ay unang lumikha ng isang detalyadong mapa kung saan ang MECP2 ay nagbubuklod sa sequence ng gene ng mga neuron ng tao, alinman sa loob ng mga gene o sa mga regulasyong rehiyon ng DNA na malapit sa kanila. Gumamit sila ng diskarte na tinatawag na CUT&Tag, na maaaring makakita ng mga pakikipag-ugnayan ng protina-DNA na may mataas na katumpakan.

Natuklasan ng mga mananaliksik ang higit sa apat na libong gene na nauugnay sa MECP2. Inulit nila ang kanilang pagmamapa sa mga neuron na may mga karaniwang mutation ng MECP2 na nauugnay sa Rett syndrome upang matukoy kung saan nauubos ang MECP2 sa estado ng sakit.

Ang pag-alam kung aling mga gene ang nagbubuklod sa MECP2 na nagpapahintulot kina Liu at Flamier na magsimulang gumawa ng mga koneksyon sa pagitan ng mga target ng MECP2 at kalusugan ng utak. Nalaman nila na marami sa mga target nito ay kasangkot sa pagbuo at paggana ng mga neuronal axon at synapses.

Inihambing din nila ang kanilang listahan ng mga target na MECP2 sa database ng Simons Foundation Autism Research Initiative (SFARI) na database ng mga gene na nauugnay sa autism at nalaman nilang 381 gene sa database na iyon ang mga target ng MECP2.

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

Maaaring makatulong ang mga natuklasang ito na linawin ang mga mekanismong pinagbabatayan ng mga sintomas ng autism sa Rett syndrome at magbigay ng magandang panimulang punto para sa pagsisiyasat sa posibleng papel ng MECP2 sa autism.

"Ginawa namin ang unang pinagsamang mapa ng epigenome ng MECP2 sa kalusugan at sakit, at ang mapang ito ay maaaring gumabay sa pananaliksik sa hinaharap," sabi ni Liu. "Ang pag-alam kung aling mga gene ang tina-target ng MECP2, at kung aling mga gene ang direktang naabala sa sakit, ay nagbibigay ng matibay na batayan para maunawaan ang Rett syndrome at magtanong tungkol sa regulasyon ng gene sa mga neuron."

Sinuri din ng mga mananaliksik kung pinapataas o binabawasan ng MECP2 ang pagpapahayag ng mga target na gene nito. Alinsunod sa kasaysayan ng MECP2 na kinilala ng ilan bilang isang activator at ng iba bilang isang repressor, nakahanap sina Liu at Flamier ng mga halimbawa kung saan ang MECP2 ay gumaganap ng parehong papel.

Gayunpaman, bagama't ang MECP2 ay mas madalas na itinuturing na isang repressor, nalaman nina Liu at Flamier na pangunahin itong isang activator—nagkukumpirma sa mga nakaraang natuklasan nina Jaenisch at Liu. Isang bagong eksperimento ang nagpakita na ang MECP2 ay nag-a-activate ng hindi bababa sa 80% ng mga target nito, at isa pa na nag-a-activate ito ng hanggang 88% ng mga target nito.

Ang target na gene map na ginawa ng mga mananaliksik ay nagbigay ng karagdagang insight sa papel ng MECP2 bilang isang activator. Nalaman nila na para sa mga gene na ina-activate ng MECP2, karaniwan itong nagbubuklod sa isang rehiyon ng DNA sa upstream ng gene na tinatawag na transcription start site.

Dito sinisimulan ng cellular machinery ang proseso ng pagbabasa ng gene sa RNA, pagkatapos nito ay isinalin ang RNA sa isang functional na protina, na produkto ng pagpapahayag ng gene. Ang presensya ng MECP2 sa site ng pagsisimula ng transkripsyon kung saan nagsisimula ang expression ng gene ay pare-pareho sa papel nito bilang isang gene activator.

Ang mga mananaliksik ay nagtakda pagkatapos upang matukoy kung ano ang papel na ginagampanan ng MECP2 sa pag-activate ng mga gene. Pinag-aralan nila kung aling mga molekula ang MECP2 na nagbubuklod sa site na ito, bilang karagdagan sa DNA, at nalaman na ang MECP2 ay direktang nakikipag-ugnayan sa isang protina complex na tinatawag na RNA polymerase II (RNA Pol II). Ang RNA Pol II ay isang pangunahing cellular machine na nag-transcribe ng DNA sa RNA. Ang RNA Pol II ay hindi makakahanap ng mga gene nang mag-isa, kaya nangangailangan ito ng maraming cofactor, o nagtutulungang mga protina, upang matulungan itong gawin ang kanyang trabaho.

Ipinapalagay ng mga mananaliksik na ang MECP2 ay nagsisilbing isa sa gayong cofactor, na tumutulong sa RNA Pol II na simulan ang transkripsyon sa mga gene kung saan nagbubuklod ang MECP2. Natukoy ng pagsusuri sa istruktura ng MECP2 ang mga bahagi ng molekula na nagbubuklod sa RNA Pol II, at kinumpirma ng iba pang mga eksperimento na ang pagkawala ng MECP2 ay binabawasan ang presensya ng RNA Pol II sa mga nauugnay na lugar ng pagsisimula ng transkripsyon pati na rin ang mga antas ng pagpapahayag ng mga target na gene.

Ito ay nagpapahiwatig na ang Rett syndrome ay maaaring sanhi ng pagbaba ng transkripsyon ng mga gene na na-target ng MECP2 dahil sa mga mutasyon sa MECP2 na pumipigil dito sa pagbubuklod sa RNA Pol II o pagbubuklod sa DNA. Alinsunod sa ideyang ito, ang pinakakaraniwang mutation ng MECP2 na nauugnay sa sakit ay mga truncation: mga mutasyon kung saan nawawala ang bahagi ng protina, na maaaring magbago sa interaksyon sa pagitan ng MECP2 at RNA Pol II.

Umaasa ang mga mananaliksik na hindi lamang mababago ng kanilang mga natuklasan ang aming pag-unawa sa MECP2, ngunit ang mas malalim at mas malawak na pag-unawa sa kung paano nakakaapekto ang MECP2 sa pag-unlad at paggana ng utak ay maaaring humantong sa mga bagong insight na makakatulong sa mga taong may Rett syndrome at mga nauugnay na karamdaman, kabilang ang autism.

“Ang proyektong ito ay isang mahusay na halimbawa ng collaborative na katangian ng gawain ng Jaenisch lab,” sabi ni Flamier. "Si Rudolph at Yi ay nagkaroon ng isang partikular na problema sa Rett Syndrome, at nagkaroon ako ng karanasan sa teknolohiya ng CUT&Tag na maaaring malutas ang problemang ito. Sa pamamagitan ng talakayan, napagtanto namin na maaari naming pagsamahin ang aming mga pagsisikap, at ngayon mayroon kaming isang mahusay na imbakan ng impormasyon tungkol sa MECP2 at ang mga link nito sa sakit."