Конференция по терапии болезни Гентингтона 2026 – День 2

Приветствуем со второго дня конференции CHDI по терапии БГ! HDBuzz продолжает публиковать обзоры захватывающих докладов ученых, занимающихся БГ, собравшихся в Палм-Спрингс со всего мира. Сессии этого дня были посвящены исследованиям, направленным на понимание того, что движет болезнью Гентингтона (БГ), с использованием новых инструментов и технологий для изучения детальных молекулярных изменений, происходящих на протяжении всего течения БГ. Эти докладчики обсудили новые способы анализа больших объемов данных и методологии, позволяющие нам глубже погрузиться в генетику и биологию.

Разгадывая биологию БГ

Нат Хайнц — как эпигенетика контролирует генетические переключатели включения/выключения и соматическое расширение

Первым выступил Нат Хайнц из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке. Его исследовательская группа сосредоточена на понимании деталей соматического расширения — процесса, при котором количество CAG-повторов в гене HTT увеличивается в некоторых типах клеток по мере старения людей с БГ.

Команда Ната изучает мозг людей, умерших от БГ. Ранее его команда представила данные, показывающие соматические расширения именно в тех клетках, которые заболевают. Однако любопытно, что они также наблюдают расширения в других клетках, которые остаются относительно здоровыми.

Это озадачивает, поскольку предполагает, что соматическое расширение может быть не основной причиной заболевания клеток при БГ. Биология сложна, поэтому наши простые модели того, как все работает, не всегда подтверждаются, когда мы углубляемся в данные реальных людей с БГ.

Теперь его команда изучает, как эпигенетика может влиять на соматическое расширение. Эпигенетика — это своего рода центр управления нашим генетическим материалом, помогающий влиять на то, какие гены включаются и выключаются, в каких клетках, в какие моменты времени и при различных условиях или стрессах.

Одно из их наблюдений заключается в том, что аппарат репарации ДНК, MutS​​​​​​Beta(β), о котором мы слышали во второй половине первого дня, по-видимому, обнаруживается в более высоких концентрациях в типах клеток с большим соматическим расширением, независимо от того, погибают ли клетки из-за БГ.

Команда Ната сейчас изучает другие гены, чьи переключатели включения-выключения меняются при разных уровнях соматического расширения. Это может помочь выявить гены, которые вызывают соматическое расширение, и объяснить, почему одни клетки заболевают, а другие чувствуют себя лучше.

Эпигенетический контроль того, какие гены включаются или выключаются, может происходить посредством химических модификаций самой ДНК. Эти модификации также могут происходить на гистонах — белках, которые действуют как шпульки, наматывая нашу ДНК в ядре, чтобы сохранить ее в безопасности и компактности. Команда Ната картирует эти химические модификации в различных системах БГ.

Понимание того, как эти гены включаются или выключаются, может дать нам ключ к тому, как целенаправленно их контролировать. Надежда состоит в том, что мы сможем отключить гены, вызывающие вредное соматическое расширение, или включить гены, которые его предотвращают.

Еще одна ключевая задача для команды Ната — понять, почему расширенный белок HTT токсичен в одних частях мозга, но не так сильно влияет на другие ткани или органы. Человек, несущий ген БГ, будет производить расширенный HTT в каждой клетке своего тела на протяжении всей жизни, так почему же это так сильно влияет на мозг, и обычно только в более позднем возрасте?

Оказывается, некоторые из переключателей, которые включают или выключают гены, сами по себе контролируются по-разному в клетках, содержащих расширенный ген HTT. Команда считает, что это вызвано различными химическими модификациями ДНК, которые они наблюдали.

Существуют всевозможные крутые компьютерные анализы, которые могут действительно углубиться в эти сверхбогатые наборы данных, чтобы предоставить новое понимание этих движущих сил БГ. Нат подчеркивает работу лаборатории Кристеа в Принстоне, показывающую, что сам HTT взаимодействует с белками, которые могут влиять на процессы, регулирующие уровни генов.

Одним из двигателей этого процесса является MED15, белок, кодируемый геном, который ранее был показан как влияющий на время появления симптомов БГ. В то же время изменения в химических модификациях ДНК, по-видимому, оказывают большое влияние.

Поскольку он видит изменения в химических модификациях ДНК в специфических клетках, особенно в наиболее уязвимых, Нат предлагает эти идеи в качестве новой модели того, как может развиваться БГ.

Эти детальные молекулярные данные о том, что может вызывать БГ у людей, возможны только благодаря щедрым и самоотверженным пожертвованиям мозга от умерших людей. Это бесценные ресурсы для исследователей, таких как Нат, чтобы действительно точно разобраться, как может работать БГ.

Стив МакКэрролл — тикающие ДНК-часы

Следующим выступил Стив МакКэрролл из Гарвардской медицинской школы. Команда Стива также заинтересована в понимании соматического расширения в тканях мозга человека с БГ. Они стремятся выяснить «триггер», который может привести к каскаду вредных последующих событий, в конечном итоге вызывающих потерю нейронов.

Стив объясняет, как они изучали длину CAG-повторов в отдельных клетках донорского мозга и обнаружили, что изменения в том, какие гены включаются или выключаются, становятся экстремальными, как только CAG-повторы расширяются за определенную длину.

Стив ранее предложил порог в 150 CAG-повторов, после которого все начинает действительно ухудшаться и перестает хорошо функционировать в клетках мозга при БГ. Они называют это моделью «тикающих ДНК-часов», которая была довольно спорной, когда ее впервые предложили на этой встрече 3 года назад!

Предложение спорных идей или моделей на самом деле является важной частью научного процесса, и нам повезло, что у нас есть очень умные люди с разными мнениями, работающие над решением проблем исследования БГ. Ученые любят дискуссии и разногласия — именно так мы приходим к консенсусу!

В этой модели команда Стива определяет различные фазы БГ, которые, по их мнению, наилучшим образом объясняют данные и наблюдения, сделанные ими при изучении мозга с БГ. Они считают, что расширения сначала начинаются медленно, а затем быстро увеличиваются по мере добавления новых CAG-повторов.

Эти модели и временные рамки могут помочь ученым составить теории о прогрессировании БГ. Это может помочь в принятии будущих клинических решений о том, какие вмешательства могут быть наиболее эффективными в какой момент времени.

Хотя стриатум (в центре мозга) является наиболее пораженной областью при БГ, другая область, называемая корой (внешняя извилистая часть), также поражается. Команда Стива задается вопросом, оказывает ли соматическое расширение одинаковое воздействие в разных областях мозга.

Команда Стива погружается в детали на гранулярном уровне, задавая вопросы не только о местоположении, но и о том, какие именно типы клеток поражены — они собрали ОГРОМНОЕ КОЛИЧЕСТВО ДАННЫХ! Он видит, что разные клетки, по-видимому, проходят очень разные пути при БГ и имеют разную степень соматического расширения.

Их модель, построенная на всех этих данных, предполагает, что нейроны сначала испытывают очень медленное расширение, за которым следует ускорение, а затем для этих нейронов все начинает идти не так. После вступления в эту токсическую фазу соматическое расширение может гиперускоряться.

На этой стадии клетки становятся очень больными, потому что гены, которые должны быть включены, выключены, а те, которые должны быть выключены, включены. Это приводит к тому, что клетки теряют свою «идентичность» — гены, которые делают их уникальным типом клеток. Когда происходят эти массивные изменения, клетки не могут выжить.

Однако у этой модели есть некоторые проблемы. Одна из них заключается в том, что у людей с редкой формой гена HTT, где в коде ДНК отсутствует прерывание в повторе, симптомы появляются на 10 лет раньше, чем можно было бы предсказать.

Хотя это редкость, незначительные изменения в генетическом коде гена HTT могут влиять на то, проявляет ли человек большее или меньшее соматическое расширение.

Команда Стива задалась вопросом, возможно ли, что токсичность проявляется раньше у людей с этим типом гена HTT. Или, возможно, генные переключатели включаются или выключаются по-разному, или, возможно, соматическое расширение не следует тому же пути. Но они не смогли найти многого, чтобы осмыслить данные.

Огромный объем данных позволяет им развивать другие открытия и вопросы, например, как CAG-повтор взаимодействует с другими участками ДНК в гене HTT. Такие большие наборы данных от людей, страдавших БГ, бесценны для генерации идей, которые приближают нас к терапии.

Богдан Бинту — мощная микроскопия для визуализации генетических переключателей включения-выключения

Заключительный доклад утра был от Богдана Бинту из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Богдан начал с того, что рассказал аудитории, как сильно он любит создавать микроскопы!

Его микроскопы позволяют ученым точно видеть, какие гены включены в конкретных клетках, наблюдая срезы мозга. Это называется пространственной транскриптомикой — причудливый термин для создания визуальной карты транскриптома (всего содержимого генов, которые превращаются в РНК-сообщения).

В большинстве случаев данные о мозге поступают от клеток, которые были разрушены и отделены от тканевых структур, которые они образуют. Богдан вместо этого может сохранять структуры мозга и точно видеть, где что происходит в разных слоях, собирая при этом гораздо более богатые наборы данных с большей информацией и детализацией.

Используя созданные им индивидуальные микроскопы, Богдан может изучать, как белок HTT образует токсичные сгустки в мозге, и накладывать эти данные на информацию о соматическом расширении и о том, какие гены включаются и выключаются, все это на подробной карте.

Команда Богдана может использовать эту информацию, чтобы выяснить, какие клетки теряются в мозге с БГ по сравнению с мозгом, пожертвованным людьми без БГ. Богдан и его команда могут использовать свою платформу, чтобы действительно углубиться в то, какие именно типы клеток и слои мозга наиболее поражены — очень круто!

Затем они попытались выяснить, почему одни клетки поражены, а другие нет. Может ли это быть связано с уровнями самого гена HTT? Хотя это имело бы идеальный смысл, биология редко бывает такой простой. Больные клетки не коррелировали ни с уровнями хантингтина, ни с количеством токсичных сгустков белка HTT.

Команда Богдана нашла способ аппроксимировать количество CAG-повторов гена HTT в отдельных клетках и сопоставить это с местоположением каждой клетки в мозге — ух ты! Это позволяет им сопоставлять соматическое расширение внутри отдельных клеток, отслеживая, какие клетки расширяются и где именно они находятся в мозге.

Они обнаружили, что более крупные CAG-расширения встречаются в наиболее больных клетках мозга с БГ. Эти большие расширения также коррелировали с большим количеством сгустков белка HTT в клетках. Однако, вопреки этому, клетки с наиболее экстремальными расширениями, по-видимому, имели сниженные уровни сгустков. Хотя это немного сбивает с толку, это, похоже, указывает на ключевую роль CAG-расширений в здоровье клеток мозга.

Богдан также интересуется, как манипулирование аппаратом репарации ДНК может помочь или помешать клеткам мозга при БГ. Многие компании стремятся воздействовать на репарацию ДНК, поэтому заблаговременное выяснение того, как это может повлиять на мозг с помощью тонкозернистого микроскопического подхода, было бы очень полезным.

Карлос Суне — регуляция генов с помощью TCERG1

Лаборатория Карлоса Суне находится в Испанском национальном исследовательском центре. Он изучает генетические модификаторы БГ — изменения генетических букв в геноме, которые могут влиять на время начала признаков и симптомов БГ.

Один из таких модификаторов называется TCERG1. Этот белок состоит из множества различных модулей, которые позволяют ему выполнять свою работу в клетке — помогать включать и выключать нужные гены, а также обрабатывать молекулы генетических сообщений.

В области БГ давно известно о TCERG1 и его роли в БГ, исследования, опубликованные 25 лет назад, показали связь. Совсем недавно данные полногеномного ассоциативного исследования (GWAS) подтвердили эту связь. Исследования GWAS изучают генетическую информацию тысяч людей с БГ.

Интересно, что сам ген TCERG1 имеет повторяющийся участок, и более длинные повторы связаны с более ранним началом симптомов при БГ. Интересное совпадение или движущий фактор связи между HTT и TCERG1? Карлос стремится это выяснить!

TCERG1 может быть картирован в ядре, где организован весь генетический материал в клетке. Фактически, его можно найти в одной из «жидкоподобных» (также известных как фазово-разделенные) структур, о которых мы говорили вчера.

В этой жидкоподобной смеси TCERG1 работает с другими молекулярными машинами в клетке, чтобы обеспечить включение и правильную обработку специфических генов. Карлос изучает, как эти различные задачи выполняются в клетке и координируются TCERG1.

TCERG1 особенно важен для регуляции генов, играющих ключевую роль в нейронах, помогая организовывать их форму и структуры, которые позволяют им образовывать связи с другими нейронами.

Карлос также картирует, в каких именно жидкоподобных структурах находится TCERG1. Это важно, потому что разные жидкоподобные компартменты выполняют разные функции в клетке. Они также картируют, с какими молекулярными «друзьями» TCERG1 взаимодействует, и визуализируют структуры, где они собираются.

Углубленное изучение генетических регуляторов, таких как TCERG1, — это способ лучше понять широко распространенные изменения, связанные с БГ, в клетках, потенциально открывая новые терапевтические пути для восстановления или обращения вредных состояний заболевания.

Джин Йео — генетические сообщения в старении и болезни

Далее мы услышим от Джина Йео (идеально названного для этой карьеры) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Джин изучает, как молекулы генетических сообщений, называемые РНК, по-разному регулируются в нейронах по мере их старения.

Джин Йео использует генерацию изображений с помощью ИИ для иллюстрации некоторых стрессированных митохондрий. (Он также говорил о связи между старением и заболеваниями мозга).

Джин объясняет, что РНК никогда не бывает «голой» в клетке. Она всегда «одета» другими молекулами, такими как РНК-связывающие белки. Гены, кодирующие РНК-связывающие белки, составляют пятую часть генома, поэтому они, вероятно, очень важны.

При многих заболеваниях мозга взаимодействие между РНК и ее связывающими белками нарушается. Некоторые дисбалансы появляются очень рано в жизни или при рождении, но симптомы не всегда проявляются до гораздо более позднего возраста. Джин хочет знать, почему — он изучает, как взаимодействуют старение и нейродегенерация.

Определение «возраста» клеток, выращенных в лабораториях, является сложной задачей. Если клетки мозга создаются из стволовых клеток, они остаются «молодыми». Чтобы сохранить возраст клеток мозга, ученые могут получать нейроны непосредственно из образцов клеток кожи.

Это процесс, называемый «прямой дифференцировкой» — клетки кожи превращаются непосредственно в клетки мозга, а не сначала превращаются в стволовые клетки, а затем снова изменяются в клетки мозга. Эти подходы используют множество приемов, разработанных учеными для превращения клеток в различные типы — очень круто!

Джин хотел выяснить, каковы различия в «одежде» РНК клеток, которые выращиваются и стареют с использованием разных подходов. Например, в молодых нейронах РНК-связывающий белок под названием TDP-43 (наблюдаемый при БАС) находится в ядре со всем генетическим материалом, тогда как в старых клетках он оказывается в другой части клетки.

Джин обнаруживает, что старые нейроны, по-видимому, находятся в состоянии хронического стресса. Они образуют жидкоподобные структуры, называемые стрессовыми гранулами, и содержат больше липких РНК-связывающих белков. Старым клеткам также труднее синтезировать белки из молекул РНК-сообщений.

Еще одно наблюдение в старых нейронах, а также в стареющем человеческом мозге, заключается в том, что РНК имеет тенденцию чаще сворачиваться сама на себя, образуя «двухцепочечные» структуры, что более характерно для ДНК, где две цепи слипаются и образуют спиральную структуру. РНК обычно встречается в виде одной цепи.

Двухцепочечная РНК, по-видимому, вытекает из митохондрий, энергетических батарей клетки, а затем связывается с белками в стрессовых гранулах. Аномальное расположение этих молекул не является хорошим признаком.

Лаборатория Джина использует крутые инструменты, которые позволяют им понять, какие белки связывают РНК-сообщение HTT в очень специфических местах внутри клетки. Он считает, что расширенная РНК хантингтина действует, реорганизуя свою среду — притягивая дополнительные белки и создавая беспорядок!

Ян Фасслер — дрожжи, полиQ и Med15

Следующей выступила Ян Фасслер из Университета Айовы. Она изучает дрожжи, чтобы понять комплекс, называемый Медиатором. Эта молекулярная машина помогает контролировать, какие гены включаются и выключаются. Ключевым компонентом является Med15, который имеет полиQ-тракт (возникающий из CAG-повторов), как и HTT. В отличие от HTT, неизвестно, какое влияние оказывает длина полиQ Med15. Интригующе!!

Как мы обсуждали ранее, Med15 был идентифицирован в GWAS, которое помогло выявить генетические модификаторы времени начала симптомов БГ. Ян заинтересована узнать, может ли комплекс Медиатора, содержащий Med15, быть важным в биологии БГ.

Одна из идей Яна заключается в том, что расширенный HTT может взаимодействовать с Med15 и вытягивать его из ядра, нарушая его способность включать и выключать гены. Другая теория состоит в том, что расширенный HTT может нарушать расположение Med15 и отправлять его в различные жидкоподобные компартменты клетки.

Используя дрожжи в качестве модельной системы, Ян задается вопросом, как различные длины полиQ белка Med15 и их взаимодействия с комплексом Медиатора могут влиять на уровни других активных генов.

Белки Med15 человека и дрожжей различаются, но дрожжи являются хорошей моделью для изучения факторов транскрипции — белков, которые контролируют включение и выключение генов, — потому что у них их меньше, чем у млекопитающих.

У дрожжей Med15 контролирует не менее 15% всех генов. Удаление Med15 у дрожжей приводит к очень плохому росту в различных условиях.

Ян показала нам все различные модули, похожие на Лего, которые составляют белок Med15 у дрожжей и человека. Одно сходство заключается в том, что оба они содержат длинный полиQ-участок (как и HTT) и имеют довольно гибкие, неструктурированные формы.

Ее лаборатория также заинтересована в понимании того, как различные виды дрожжей (из вина, хлеба, саке, пива и т. д.) различаются по полиQ своего Med15, и что это может означать. Похоже, что более длинный полиQ в Med15 увеличивает стрессовую реакцию дрожжей, но удаление Med15 еще более стрессово.

Они также изучили длину полиQ в ряде других факторов транскрипции и то, как каждый из них влияет на изменения, происходящие, когда дрожжи находятся в состоянии стресса. Похоже, что вариации в длине полиQ — это способ природы тонко настраивать жизнь в различных средах.

Интересно, что различные одомашненные штаммы дрожжей — те, которые люди культивировали на протяжении тысяч лет для производства алкоголя и хлеба — имеют различные длины полиQ. Забавное наблюдение!

Условия виноделия стрессовы для дрожжей — им не нравится быть окруженными алкоголем и другими химическими веществами в этом процессе. Лаборатория использует эту систему для изучения того, как MED15 влияет на процесс ферментации.

Они провели ряд умных экспериментов, чтобы показать, что определенные формы дрожжевого MED15 с определенными длинами полиQ необходимы для эффективной ферментации, и что изменение длины полиQ может улучшить ферментацию в других штаммах.

Они могут проводить анализы РНК, чтобы показать, какие пути затрагиваются длиной полиQ Med15, и анализы в пробирках, чтобы понять, как Med15 взаимодействует с другими факторами транскрипции и как он разделяется на жидкоподобные фазы внутри клетки.

Хотя эта работа может показаться очень косвенно связанной с БГ, Med15 может играть роль генетического модификатора возраста начала БГ, а его Q-тракт влияет на уровни генов репарации ДНК дрожжей. Это также интересная демонстрация в простой системе биологической важности длины полиQ.

Вторая половина второго дня была посвящена постерной сессии, на которой более 100 ученых представили еще больше работ по БГ. Следите за обновлениями в День 3!