Нокауты для победы: как расширение CAG способствует развитию заболевания
В недавней статье связывается расширение CAG-повторов с широко распространенными изменениями РНК, особенно в клетках мозга, уязвимых к БГ. «Выключение» определенных генов репарации ДНК, которые нарушаются при БГ, может оказать положительное влияние на признаки БГ у мышей.
Внимание: Автоматический перевод — возможность ошибок
Чтобы как можно быстрее распространить новости об исследованиях и испытаниях HD среди как можно большего числа людей, эта статья была автоматически переведена искусственным интеллектом и еще не была проверена редактором-человеком. Хотя мы стараемся предоставлять точную и доступную информацию, переводы ИИ могут содержать грамматические ошибки, неправильные толкования или неясные формулировки.Для получения наиболее достоверной информации, пожалуйста, обратитесь к оригинальной английской версии или вернитесь позже, чтобы получить полностью отредактированный человеком перевод. Если Вы заметили существенные проблемы или если Вы являетесь носителем этого языка и хотели бы помочь в улучшении точности перевода, пожалуйста, обращайтесь по адресу editors@hdbuzz.net.
Болезнь Хантингтона (БГ) вызвана дополнительными повторами букв ДНК CAG в генетическом коде гена хантингтина. Раньше мы думали, что эти длины CAG стабильны в большинстве тканей, но теперь у нас растет понимание того, что нестабильность CAG способствует развитию БГ. Соматическая нестабильность — это концепция, согласно которой CAG-повторы со временем расширяются в некоторых типах клеток, особенно в клетках, уязвимых при БГ. Многие ученые считают, что этот процесс может играть роль в ускорении развития симптомов.
В текущей статье рассматривается механизм этого явления, задается вопрос о том, как расширение CAG связано с заболеванием и как наука может использовать гены репарации ДНК в качестве лечения БГ.
От людей к животным… и обратно к людям
Наше современное понимание феномена расширения CAG-повторов проистекает из масштабных исследований на людях, в которых участники с БГ предоставили образцы и клинические данные. Их вклад позволил ученым связать незначительные различия в генетике людей с возрастом, когда у них развились симптомы БГ. Эти исследования, известные как геномные исследования ассоциаций или GWAS (произносится «джи-васс»), показали, что определенные вариации ДНК могут значительно ускорить или замедлить начало БГ.
Многие из генов, выявленных в этих исследованиях, которые заслуживали дальнейшего изучения, принадлежат к семейству генов, которые помогают восстанавливать ДНК. В последние несколько лет наблюдается всплеск активности, который привел нас к некоторым новым выводам о БГ и расширении CAG. Вот краткое изложение, прежде чем мы углубимся в некоторые новые данные по этой теме:
-
Механизм репарации ДНК может дать сбой при попытке «исправить» очень длинные CAG-повторы — случайно делая их все длиннее и длиннее!
-
Это не происходит в подавляющем большинстве клеток, но, по-видимому, часто происходит в части мозга, называемой полосатым телом, которая контролирует настроение, движение и мотивацию. Изучение расширения CAG в полосатом теле может приблизить нас к пониманию того, почему эти клетки так уязвимы при БГ.
-
Некоторые исследования показали, что существует порог около 150 CAG-повторов, при котором повреждение клетки начинает ускоряться.
-
Экспериментальное «выключение» или генетическое удаление генов репарации ДНК, которые, как известно, совершают ошибки в CAG, может замедлить или даже остановить расширение CAG-повторов в лабораторных моделях БГ.
-
Некоторые из этих генов, такие как Msh3, являются мишенями терапии БГ у человека, находящейся в разработке, но нам все еще необходимо больше понять, как они влияют на биологию БГ и каковы последствия (положительные и отрицательные) их выключения.
Подготовка эксперимента
«Одним из способов, которым эта работа представляет собой шаг вперед, является то, что авторы показывают, как выключение генов, предотвращающих расширение CAG, также может влиять на клетки мозга и движения мыши».
Авторы недавней статьи под руководством X. Уильяма Янга из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) предприняли прямой и тщательный подход к изучению связи между генами репарации ДНК, расширением CAG, здоровьем клеток мозга и даже поведением.
Они выбрали набор из девяти генов, идентифицированных в исследованиях GWAS на людях и которые составляют часть механизма, выполняющего определенный тип репарации ДНК, тот тип, который приводит к «ошибке» удлинения CAG. Затем они использовали специализированную генетику мышей и схемы разведения, чтобы создать мышей с БГ, у которых отсутствуют одна или обе копии этих генов репарации ДНК.
В каждой из этих мышей с БГ, у которых отсутствуют гены, такие как Msh3, Pms1, Mlh1 и другие, они могли узнать больше о том, как вмешательство в репарацию ДНК может повлиять на расширение CAG, производство РНК-мессенджера (специальность лаборатории), накопление токсичного хантингтина и другие особенности БГ. Они были удивлены, узнав, что некоторые нокауты имели глубокие положительные последствия, в то время как другие не имели никакого эффекта. То, что они узнали, ценно для нашего понимания биологии БГ и разработки терапевтических средств.
Обращение вспять изменений РНК
Наша ДНК считывается или «транскрибируется» специализированным механизмом для создания РНК-сообщений, которые в конечном итоге используются для создания белков, строительных блоков жизни. Существует целая отрасль науки, которая исследует местоположение и количество РНК-сообщений, созданных из разных генов, — это область транскриптомики.
Ученые могут определить здоровый «транскриптом» мыши, изучив тысячи генов и спросив, какие из них обычно включаются и выключаются в разных клетках и сколько каждого РНК-сообщения присутствует. Затем они могут посмотреть, как это меняется у мыши с БГ с течением времени, или поэкспериментировать, чтобы увидеть, что может помочь восстановить нормальный уровень РНК у мыши.
Лаборатория Янга работала с одним типом мышей, моделирующих БГ, который показывает серьезные изменения в своем транскриптоме по сравнению с обычными мышами. Многие гены производят больше или меньше РНК, чем должны, особенно в средних шипиковых нейронах, клетках, которые наиболее уязвимы при БГ. Когда лаборатория Янга «выключила» половину Msh3 и Pms1 в своей модели мыши с БГ, они увидели частичное обращение изменений РНК в средних шипиковых нейронах. При полном отсутствии Msh3 или Pms1 изменения РНК почти полностью обращались, часто сохраняясь до года (половина жизни лабораторной мыши!). Выключение пары других генов — Msh2 и Mlh1 — также оказало некоторое обратное воздействие, но они были более умеренными. Некоторые нокауты генов не оказали никакого эффекта.
Сотрудники лаборатории Янга являются мировыми экспертами в изучении транскриптомики БГ, и они использовали несколько передовых лабораторных методов, а также различные статистические подходы для подтверждения своих результатов. Они изучили уровни РНК во многих клетках, вплоть до уровня отдельных клеток, а также посмотрели, насколько плотно ДНК намотана вокруг своей «катушки», известной как хроматин. Во всех случаях выключение Msh3 и Pms1, по-видимому, обращало изменения, связанные с БГ.
Успокоение CAG и комков
Параллельно лаборатория Янга измерила степень соматической нестабильности — удлинения CAG-повторов — в разных частях мозга и тела. У этого типа мышей с БГ CAG-повторы со временем становятся длиннее, особенно в клетках полосатого тела. Фактически, эта группа использовала статистику, чтобы определить скорость, с которой CAG расширяются в этих уязвимых клетках мозга мыши: около 8,8 CAG-повторов в месяц. (Эти темпы расширения НЕ применимы к людям — эти мыши начинают с 140 повторов и предназначены для экспериментов.)
Интересным открытием является то, что, когда у мышей было меньше или совсем не было Msh3 или Pms1, эта скорость значительно снизилась. Фактически, удаление обеих копий Msh3 замедлило эту скорость до 0,3 дополнительных CAG-повторов в месяц, вплоть до 20 месяцев — это в основном стабильная длина повтора у старой мыши!
В то же время Янг и его коллеги заметили, что у мышей с БГ с половиной или отсутствием Msh3 или Pms1 также было гораздо меньше комков белка хантингтина в полосатом теле. Накопление этих комков является классической особенностью БГ, которая, как подозревают многие ученые, может быть токсичной для клеток мозга. Удаление Msh3 предотвратило образование комков хантингтина и в других областях мозга. Количество скомковавшегося хантингтина, по-видимому, соответствовало количеству аномальных изменений РНК, которые они видели ранее.
Кроме того, они смогли подтвердить результаты других лабораторий, показывающие, что, по-видимому, существует порог CAG-повторов — около 150 — выше которого клетка начинает испытывать больший стресс. Они связали этот порог с более высокими уровнями изменений РНК: расширение CAG ускоряет и усугубляет этот стресс.
Предотвращение изменений в мозге и поведении
Мы любим математику и многопанельные радужные графики, но еще круче увидеть связь между генетикой и поведенческим здоровьем. Одним из способов, которым эта работа представляет собой шаг вперед, является то, что авторы показывают, как выключение генов, предотвращающих расширение CAG, также может влиять на клетки мозга и движения мыши.
Этот тип мышей с БГ имеет тенденцию показывать изменения в связях между нейронами, известных как синапсы, а также увеличение вспомогательных клеток, называемых астроцитами. У мышей также есть проблемы с походкой и движениями. Однако, когда исследователи выключили Msh3, они больше не наблюдали никаких из этих изменений, связанных с БГ, у мышей. Это еще одно доказательство роли Msh3 в БГ и предполагает, что это хорошая мишень для лекарств.
«Публикации, подобные этой, представляют собой годы совместной работы большой команды, сформированной частым вкладом международного сообщества ученых, занимающихся БГ».
Обратите внимание, что это не было основной целью статьи — они рассмотрели лишь несколько особенностей здоровья мозга и одну поведенческую задачу, — но это все же многообещающая связь.
Небольшие шаги стимулируют будущие методы лечения
Вы, вероятно, заметили, что HDBuzz уже некоторое время (громко и часто) говорит о соматической нестабильности и что мы представили много аналогичных сообщений: расширение CAG-повторов, по-видимому, способствует развитию БГ, и ученые определили некоторые способы борьбы с ней. Эта работа не является исключением; опять же, такие гены, как Msh3 и Pms1, являются виновниками, которых можно «выключить» с большой пользой для мозга одного типа мышей с БГ.
Все эти отдельные достижения могут показаться небольшими, но публикации, подобные этой, представляют собой годы совместной работы большой команды, сформированной частым вкладом международного сообщества ученых, занимающихся БГ. Мы решили выделить эту конкретную статью, потому что она связывает точки между расширением CAG, аномальными РНК-сообщениями и изменениями в здоровье мозга и поведении.
Авторы предупреждают, что нам нужно гораздо больше информации, чтобы по-настоящему понять связь между Msh3 и Pms1 и симптомами БГ. Они также признают, как это делаем всегда и мы, что мыши — это не люди. Эти мыши, в частности, начинают жизнь с 140 CAG в каждой клетке своего тела, что намного выше, чем даже в большинстве случаев ювенильной БГ у человека. CAG-повторы не расширяются у людей так быстро, как у этих экспериментальных мышей.
Тем не менее, их данные, наряду с данными других лабораторий, неустанно работающих над пониманием БГ, являются веским аргументом в пользу разработки методов лечения на основе Msh3 и Pms1. И эти усилия действительно ведутся!
