Az új bizonyítékok elősegítik a Rett-szindróma okainak megértését

A Rett-szindróma egy ritka idegrendszeri fejlődési rendellenesség, amelyre jelenleg nincs gyógymód vagy jó terápia. Súlyos fizikai és kognitív tüneteket okoz, amelyek közül sok átfedésben van az autizmus spektrum zavaraival.

A

Rett-szindrómát a MECP2 gén mutációi okozzák, amely nagymértékben expresszálódik az agyban, és úgy tűnik, fontos szerepet játszik a neuronok egészségének megőrzésében. A gén az X kromoszómán található, és a szindróma elsősorban a lányokat érinti. A Rett-szindróma kezelésének kifejlesztéséhez a kutatók jobban szeretnék megérteni az MECP2-t és annak agyi funkcióit.

A kutatók, köztük a Whitehead Institute társalapítója, Rudolf Jaenisch, évtizedek óta tanulmányozzák az MECP2-t, de sok alapvető tény a génről ismeretlen maradt. A gén által kódolt MECP2 fehérje részt vesz a génszabályozásban; kötődik a DNS-hez, és befolyásolja számos más gének expressziós szintjét, vagyis az általuk termelt fehérje mennyiségét.

A kutatók azonban nem rendelkeztek teljes listával azokról a génekről, amelyekre a MECP2 hatással van, és nem volt konszenzus arról, hogy a MECP2 hogyan hat ezekre a génekre.

A MECP2 korai tanulmányai azt sugallták, hogy represszor, csökkentve a célgének expresszióját, de Jaenisch és mások kutatásai korábban kimutatták, hogy a MECP2 aktivátorként is működik, növelve a célpontjainak expresszióját – és elsősorban aktivátor legyen. Szintén ismeretlen volt a MECP2 hatásmechanizmusa, vagy hogy pontosan mit csinál az a fehérje, amely a génexpresszió változásához vezet.

A technológiai korlátok miatt a kutatók nem tudtak tisztázni ezeket a kérdéseket. De Yanish, a laboratóriumának posztdoktora, Yi Liu és Yanish laboratóriumának egykori tagja, Anthony Flamier, aki jelenleg a CHU Sainte-Justine kutatóközpont adjunktusa a Montréal Egyetemen, élvonalbeli módszereket alkalmaztak ezek megválaszolására. Az MECP2-vel kapcsolatos további kérdéseket, és új betekintést nyerhet az agy egészségében és betegségeiben betöltött szerepébe.

Eredményeiket a Neuron folyóiratban tették közzé, és a kutatók létrehoztak egy online adattárat is MECP2 adataikból, a A MECP2-NeuroAtlas portál, mint erőforrás más kutatók számára.

"Úgy gondolom, hogy ez a tanulmány alapvetően megváltoztatja az emberek gondolkodását arról, hogy a MECP2 miként okozza a Rett-szindrómát. Teljesen új ismereteink vannak a mechanizmusról, és ez új utakat kínálhat a betegség kezelésének kidolgozásához" - mondja Jaenisch, aki a Massachusetts Institute of Technology biológiaprofesszora is.

A MECP2 fejlettebb megértése az agyban

A kutatók először részletes térképet készítettek arról, hogy a MECP2 hol kötődik az emberi neuronok génszekvenciájában, akár a géneken belül, akár a DNS szabályozó régióiban a közelükben. A CUT&Tag nevű megközelítést alkalmazták, amely nagy pontossággal képes kimutatni a fehérje-DNS kölcsönhatásokat.

A kutatók több mint négyezer, az MECP2-vel kapcsolatos gént fedeztek fel. Megismételték a Rett-szindrómához kapcsolódó MECP2 mutációkkal rendelkező neuronok feltérképezését, hogy meghatározzák, hol van kimerült a MECP2 a betegségben.

A MECP2-hez kötődő gének ismerete lehetővé tette Liu és Flamier számára, hogy kapcsolatot teremtsen a MECP2 célpontjai és az agy egészsége között. Azt találták, hogy sok célpontja részt vesz a neuronális axonok és szinapszisok fejlődésében és működésében.

Az MECP2-célpontok listáját összehasonlították a Simons Foundation Autism Research Initiative (SFARI) autizmussal kapcsolatos gének adatbázisával is, és megállapították, hogy abban az adatbázisban 381 gén MECP2-célpont.

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

Ezek az eredmények segíthetnek tisztázni a Rett-szindróma autizmus tünetei mögött meghúzódó mechanizmusokat, és jó kiindulópontot jelenthetnek az MECP2 autizmusban betöltött lehetséges szerepének vizsgálatához.

"Létrehoztuk az első integrált térképet az MECP2 epigenomjáról az egészségügyben és a betegségekben, és ez a térkép útmutatást nyújthat a jövőbeli kutatásokhoz" - mondja Liu. "Ha tudjuk, hogy mely géneket célozza meg az MECP2, és mely géneket károsítja közvetlenül a betegség, ez erős alapot biztosít a Rett-szindróma megértéséhez és a neuronok génszabályozásával kapcsolatos kérdések feltevéséhez."

A kutatók azt is megvizsgálták, hogy a MECP2 növeli-e vagy csökkenti-e a célgének expresszióját. Azzal összhangban, hogy a MECP2 történetét egyesek aktivátorként, mások elnyomóként azonosították, Liu és Flamier talált példákat, ahol az MECP2 mindkét szerepet betölti.

Azonban bár a MECP2-t gyakrabban tekintik represszornak, Liu és Flamier úgy találta, hogy elsősorban aktivátor – megerősítve Jaenisch és Liu korábbi megállapításait. Egy új kísérlet kimutatta, hogy az MECP2 a célpontjainak legalább 80%-át, egy másik pedig azt, hogy a célpontjainak 88%-át aktiválja.

A kutatók által készített célgéntérkép további betekintést nyújtott az MECP2 aktivátor szerepébe. Azt találták, hogy azoknál a géneknél, amelyeket a MECP2 aktivál, jellemzően a géntől felfelé eső DNS-régióhoz, az úgynevezett transzkripciós kezdőhelyhez kötődik.

Itt a sejtes gépezet elindítja a gén RNS-be történő beolvasásának folyamatát, majd az RNS funkcionális fehérjévé alakul, amely a génexpresszió terméke. A MECP2 jelenléte a transzkripció kezdőhelyén, ahol a génexpresszió kezdődik, összhangban van a génaktivátor szerepével.

A kutatók ezután arra vállalkoztak, hogy meghatározzák, milyen szerepet játszik a MECP2 a gének aktiválásában. Megvizsgálták, hogy a DNS mellett mely molekulákhoz kötődik ezen a helyen a MECP2, és azt találták, hogy a MECP2 közvetlenül kölcsönhatásba lép az RNS-polimeráz II (RNS Pol II) nevű fehérjekomplexszel. Az RNA Pol II egy kulcsfontosságú sejtrendszer, amely a DNS-t RNS-vé írja át. Az RNS Pol II nem képes önmagában találni géneket, ezért sok kofaktorra vagy együttműködő fehérjére van szüksége, hogy segítse munkáját.

A kutatók azt feltételezik, hogy az MECP2 az egyik ilyen kofaktor, segíti az RNS Pol II-t, hogy elindítsa a transzkripciót azokon a géneken, amelyekhez MECP2 kötődik. Az MECP2 szerkezeti elemzése azonosította a molekula azon részeit, amelyek az RNS Pol II-hez kötődnek, más kísérletek pedig megerősítették, hogy az MECP2 elvesztése csökkenti az RNS Pol II jelenlétét a megfelelő transzkripciós kezdőhelyeken, valamint a célgének expressziós szintjét.

Ez arra utal, hogy a Rett-szindrómát a MECP2 által megcélzott gének lecsökkent transzkripciója okozhatja az MECP2 mutációi miatt, amelyek megakadályozzák, hogy kötődjön az RNS Pol II-hez vagy a DNS-hez. Ezzel az elképzeléssel összhangban a betegséggel kapcsolatos leggyakoribb MECP2 mutációk a csonkolások: olyan mutációk, amelyekben a fehérje egy része hiányzik, ami megváltoztathatja a MECP2 és az RNS Pol II közötti kölcsönhatást.

A kutatók azt remélik, hogy eredményeik nemcsak az MECP2-vel kapcsolatos ismereteinket változtatják meg, hanem annak mélyebb és tágabb megértése, hogy az MECP2 hogyan befolyásolja az agy fejlődését és működését, olyan új felismerésekhez vezethet, amelyek segíthetnek a Rett-szindrómában és a kapcsolódó rendellenességekben szenvedőknek, többek között autizmus.

„Ez a projekt kiváló példája a Jaenisch labor együttműködési jellegének” – mondja Flamier. "Rudolphnak és Yi-nek konkrét problémája volt a Rett-szindrómával, és volt tapasztalatom a CUT&Tag technológiával, amely képes volt megoldani ezt a problémát. A megbeszélések során rájöttünk, hogy egyesíthetjük erőfeszítéseinket, és most egy nagyszerű információs tárházunk van az MECP2-vel kapcsolatban. És összefüggései a betegséggel."