Ang mga bagong natuklasan ay nakakatulong sa isang mas mahusay na pag-unawa sa mga sanhi ng Rett syndrome

Ang Rett syndrome ay isang bihirang neurodevelopmental disorder na kasalukuyang walang lunas o mahusay na paggamot. Nagdudulot ito ng malubhang pisikal at nagbibigay-malay na sintomas, na marami sa mga ito ay nagsasapawan sa mga karamdaman sa autism spectrum.

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 mga pangunahing katotohanan tungkol sa gene ang nanatiling hindi alam. Ang protina na naka-encode ng gene, MECP2, ay kasangkot sa regulasyon ng gene; ito ay nagbubuklod sa DNA at naiimpluwensyahan ang mga antas ng pagpapahayag ng iba't ibang mga gene, o ang dami ng protina na kanilang ginagawa.

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

Ang mga naunang pag-aaral ng MECP2 ay nagmungkahi 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 na ito ay maaaring isang activator sa unang lugar. Hindi rin alam ang mekanismo ng pagkilos ng MECP2, o kung ano ang eksaktong ginagawa ng protina upang magdulot ng 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, ang postdoc ng kanyang lab na si Yi Liu, at ang dating miyembro ng lab ni Yanish na si Anthony Flamier, na ngayon ay isang assistant professor sa CHU Sainte-Justine research center sa Université de Montréal, ay gumamit ng mga makabagong diskarte upang sagutin ang mga natitirang tanong na ito tungkol sa MECP2 at makakuha ng mga bagong insight sa papel nito sa kalusugan ng utak at sakit.

Ang kanilang mga resulta ay nai-publish sa journal Neuron at ang mga mananaliksik ay lumikha din ng isang online na imbakan ng kanilang MECP2 data, ang MECP2-NeuroAtlas portal, bilang isang mapagkukunan para sa iba pang mga mananaliksik.

"Sa palagay ko ang papel na ito ay panimula na magbabago sa pag-unawa ng mga tao kung paano nagdudulot ang MECP2 ng Rett syndrome. Mayroon kaming ganap na bagong pag-unawa sa mekanismo, at maaari itong magbigay ng mga bagong paraan para sa pagbuo ng mga paggamot para sa sakit," sabi ni Janisch, na isa ring propesor ng biology sa MIT.

Mas Malalim na Pag-unawa sa MECP2 sa Utak

Ang mga mananaliksik ay unang lumikha ng isang detalyadong mapa kung saan ang MECP2 ay nagbubuklod sa mga sequence ng neuronal gene 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 matukoy ang mga pakikipag-ugnayan ng protina sa DNA na may mataas na katumpakan.

Natagpuan ng mga mananaliksik ang higit sa 4,000 mga 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. Natagpuan nila na marami sa mga target nito ay kasangkot sa pagbuo at pag-andar ng neuronal axons at synapses.

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

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

Ang mga natuklasan na ito ay maaaring makatulong 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 MECP2 epigenome sa kalusugan at sakit, at ang mapa na ito ay maaaring gumabay sa pananaliksik sa hinaharap," sabi ni Liu. "Ang pag-alam kung aling mga gene ang mga target ng MECP2, at kung aling mga gene ang direktang nagambala sa sakit, ay nagbibigay ng matatag na pundasyon para sa pag-unawa sa Rett syndrome at pagtatanong tungkol sa regulasyon ng gene sa mga neuron."

Tinitingnan din ng mga mananaliksik kung ang MECP2 ay nadagdagan o nabawasan 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 gumanap ang MECP2 sa parehong papel.

Gayunpaman, habang ang MECP2 ay mas madalas na iniisip bilang isang repressor, nalaman nina Liu at Flamier na ito ay halos isang activator— na nagpapatunay 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 nakita ng isa pa na nag-a-activate ito ng hanggang 88% ng mga target nito.

Ang mapa ng mga target na gene na nilikha 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 itaas ng agos ng gene na tinatawag na transcription start site.

Ito ang site kung saan sinisimulan ng cellular machinery ang proseso ng pag-transcribe ng isang gene sa RNA, pagkatapos nito ay isinalin ang RNA sa isang functional na protina, na produkto ng expression ng gene. Ang pagkakaroon 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.

Pagkatapos ay itinakda ng mga mananaliksik upang matukoy kung anong papel ang ginagampanan ng MECP2 sa pag-activate ng gene. Tiningnan nila kung anong mga molekula ang nagbubuklod sa MECP2 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 sa sarili nitong, kaya nangangailangan ito ng iba't ibang cofactor, o mga collaborator ng protina, upang matulungan itong gawin ang trabaho nito.

Iminumungkahi ng mga mananaliksik na ang MECP2 ay nagsisilbing isang tulad na 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 pagkakaroon ng RNA Pol II sa naaangkop na mga site ng pagsisimula ng transkripsyon, pati na rin ang mga antas ng pagpapahayag ng mga target na gene.

Iminumungkahi nito na ang Rett syndrome ay maaaring sanhi ng nabawasan na transkripsyon ng mga gene na na-target ng MECP2 dahil sa mga mutation ng MECP2 na pumipigil dito mula 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.

Inaasahan ng mga mananaliksik na ang kanilang mga natuklasan ay hindi lamang magbabago sa aming pag-unawa sa MECP2, ngunit ang isang mas malalim at mas malawak na pag-unawa sa kung paano nakakaimpluwensya 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 kaugnay na karamdaman, kabilang ang autism.

"Ang proyektong ito ay isang magandang halimbawa ng collaborative na kalikasan ng Janisch lab," sabi ni Flamier. "Nagkaroon kami ni Rudolf ng isang partikular na problema na may kaugnayan sa Rett syndrome, at nagkaroon ako ng karanasan sa teknolohiya ng CUT&Tag, na maaaring malutas ang problema. 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."