Снижение активности генов репарации неспаренных оснований замедляет рост повторов при болезни Гентингтона в нейронах человека
⏱️ 10 мин чтения | В клеточной системе человека ученые снизили активность генов репарации неспаренных оснований, чтобы уменьшить экспансию CAG-повторов до 69%. Эта работа находится на ранних стадиях, но она демонстрирует перспективность для «антиэкспансионных» методов терапии, которые могут быть использованы для отсрочки начала БГ.
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.
Ученые использовали клетки человека с болезнью Гентингтона (БГ), чтобы проверить, может ли снижение уровня генов репарации ДНК замедлить рост вредоносного CAG-повтора. В этих человеческих клетках, выращенных в лаборатории, повтор действительно рос медленнее, что предполагает потенциальную терапевтическую стратегию для возможной отсрочки начала и прогрессирования заболевания, хотя эта работа все еще находится на ранней стадии.
Почему экспансия CAG-повторов важна при БГ
БГ вызывается аномально длинным участком из трех букв ДНК, CAG, в гене хантингтина, часто сокращаемом до HTT. Как правило, увеличение длины экспансированного CAG-повтора связано с более ранним появлением симптомов БГ и более быстрым прогрессированием заболевания.
Теперь мы знаем, что для людей с БГ длина CAG-повтора, унаследованная человеком, не является неизменной на протяжении всей жизни. В некоторых клетках, особенно в области мозга, расположенной примерно в середине головы, называемой стриатумом, CAG-повтор может медленно увеличиваться в течение многих лет. Этот процесс называется соматической экспансией — экспансией CAG-повтора в «соматических» клетках, или клетках тела.
Данные, полученные из тканей мозга человека и животных, моделирующих БГ, показывают, что этот дополнительный рост (соматическая экспансия) является значимым фактором уязвимости этих нейронов и основным фактором, способствующим прогрессированию заболевания.
Репарация ДНК: ключевой фактор экспансии CAG-повторов
Наша ДНК постоянно повреждается такими факторами, как УФ-излучение солнца, загрязнители окружающей среды и стресс внутри наших клеток. Но клетки постоянно работают над устранением этих повреждений в своей ДНК. Одна из важнейших систем, отвечающих за поддержание целостности генетического материала, называется системой репарации неспаренных оснований (MMR). Она действует как молекулярный корректор, обнаруживая и исправляя мелкие ошибки для поддержания генетической целостности.
Однако высокоповторяющаяся последовательность CAG в гене HTT структурно нестабильна и может образовывать необычные формы, такие как петли ДНК. Когда компоненты системы MMR сталкиваются с этими странными структурами, считается, что процесс репарации неправильно считывает буквенный код ДНК, что похоже на то, как система корректуры принимает опечатки.
Эти ошибки корректуры, совершаемые системой MMR, могут приводить к включению дополнительных повторов. В этом контексте система MMR, которая обычно защищает генетический код, непреднамеренно становится основным механизмом, способствующим вредоносной экспансии CAG-повтора.
Эта деструктивная роль MMR в развитии БГ активно подтверждается многолетними исследованиями. Крупномасштабные генетические исследования, известные как полногеномные ассоциативные исследования (GWAS), у людей с БГ подтвердили эту связь, выявив естественные генетические различия (варианты) в нескольких генах, связанных с MMR, которые изменяют возраст начала симптомов.
Эти открытия привели к разработке убедительных терапевтических стратегий. Если мы сможем безопасно снизить активность или уровни специфических генов MMR, мы, возможно, сможем эффективно замедлить этот процесс экспансии в его источнике.
Если мы сможем безопасно снизить активность или уровни специфических генов MMR, мы, возможно, сможем эффективно замедлить этот процесс экспансии в его источнике.
Изучение репарации неспаренных оснований в нейронах человека с БГ
Большинство ранних исследований репарации неспаренных оснований и экспансии CAG-повторов использовали мышей, моделирующих БГ, или животные клетки, выращенные в чашке Петри. В недавнем исследовании, проведенном доктором Сарой Табризи из Университетского колледжа Лондона, исследователи использовали систему, более непосредственно применимую к человеку.
Они начали с клеток кожи, пожертвованных семилетней девочкой с ювенильной формой БГ, которая имела очень большой экспансированный CAG-повтор (более 125) в гене HTT. Ученые добавили молекулы, которые заставили клетки кожи превратиться в стволовые клетки, способные к самообновлению и способные дифференцироваться в различные типы клеток, включая клетки мозга.
Используя протоколы, которые добавляют различные химические вещества в разное время, команда преобразовала стволовые клетки БГ в клетки мозга, обогащенные средними шиповатыми нейронами (MSN), которые находятся в стриатуме — центральной области мозга, сильно пораженной БГ. MSN — это специфические клетки мозга, которые, как известно, особенно уязвимы к дегенерации при БГ. Исследователи постоянно измеряли длину CAG-повтора как в делящихся стволовых клетках, так и в этих культурах клеток мозга, чтобы отслеживать, как длина повтора изменялась со временем.
Использование молекулярного диммера
Чтобы проверить роль репарации неспаренных оснований, они использовали мощный генетический инструмент, называемый CRISPR-интерференция (CRISPRi). CRISPRi действует как молекулярная система для точного снижения активности отдельных генов. Эта система отличается от стандартного редактирования генов тем, что она не разрезает ДНК. Вместо этого она использует молекулу, которую можно представить как молекулярные ножницы, называемые Cas9, которая на молекулярном уровне прикреплена к диммеру, эффективно снижающему уровни целевого белка.
Команда использовала CRISPRi для снижения активности генов репарации неспаренных оснований, которые были идентифицированы в генетических исследованиях человека (GWAS). Они также нацелились на партнеров этих генов MMR. Целевые гены включали компоненты из семейств мультибелковых комплексов, семейства MutS (MSH2, MSH3, MSH6) и семейства MutL (MLH1, PMS1, PMS2, MLH3), а также фермент ДНК-лигазу 1 (LIG1).
Целью исследования было снижение их активности до уровней, достижимых с помощью терапевтических препаратов, а не полное устранение генов. Такой подход позволил им более реалистично имитировать то, что может быть разработано в качестве лечения, или имитировать те варианты, которые, как было обнаружено, естественным образом встречаются у людей с БГ, у которых симптомы проявлялись позже.
Затем исследователи проверили успешность своих экспериментов, проведя еще один эксперимент, называемый «анализом дефицита MMR». Это позволило им подтвердить, что они действительно снижают активность целевых генов MMR. Для этого они обработали клетки химическим веществом, имитирующим повреждение ДНК. В клетках с полностью функционирующей системой MMR это химическое вещество обычно вызывает гибель клеток. Но если функция MMR нарушена, клетки способны выживать.
Эксперимент подтвердил, что система MMR в модифицированных клетках была ослаблена, демонстрируя повышенную выживаемость клеток по сравнению с контрольными. Важно отметить, что снижение функции не было полным, что соответствовало цели частичного снижения и дало исследователям систему, в которой они могут молекулярно регулировать уровни этих генов, чтобы уменьшить их активность, а не полностью отключать.
Влияние снижения активности генов MMR на экспансию CAG-повторов
Наконец, они изучили скорость экспансии CAG-повтора как в делящихся стволовых клетках, так и в специализированных нейронах стриатума, сравнивая скорости экспансии с пониженной и нормальной активностью генов репарации неспаренных оснований.
В стволовых клетках БГ CAG-повтор обычно увеличивался со временем, что и ожидалось. Но когда активность нескольких генов репарации неспаренных оснований была снижена с помощью CRISPRi, этот рост замедлился, что подтвердило теорию команды! Наиболее сильные замедляющие эффекты наблюдались, когда команда снижала активность основных компонентов MutS (MSH2 и MSH3) и основного компонента MutL (MLH1). Снижение активности этих генов уменьшило скорость экспансии в делящихся стволовых клетках на 60–65%, а другие факторы MutL (PMS1, PMS2 и MLH3) уменьшили скорость на 25–35%.
Что наиболее важно, аналогичные закономерности наблюдались в культурах клеток мозга, полученных из тех же стволовых клеток БГ. Исследователи стратегически сосредоточились на факторах MutL (PMS1, PMS2 и MLH3) в нейронах, поскольку более ранние эксперименты со стволовыми клетками исключили MSH6 и LIG1, а MSH2 представлял потенциальные проблемы безопасности из-за риска рака. Они также не проводили глубокого изучения MSH3, поскольку он активно исследуется в качестве терапевтической мишени в других местах.
В нейронах, при снижении активности MLH1, эта экспансия замедлилась на 69%, а воздействие на PMS1, PMS2 или MLH3 также замедлило экспансию более чем на 20% по сравнению с контрольными клетками. Это показывает, что репарация неспаренных оснований остается ключевым фактором соматической экспансии в нейронах человека с БГ, а не только в делящихся стволовых клетках или у мышей. Кроме того, это показывает, что, регулируя уровни этих специфических генов MMR, исследователи могут значительно замедлить соматическую экспансию. Очень многообещающая перспектива!
Что показало исследование и чего оно не показало
Эта информация может помочь в разработке и приоритизации будущих методов терапии, направленных не только на лечение симптомов, но и на изменение темпов развития самой болезни Гентингтона.
Проще говоря, основная идея этого исследования такова: в нейронах человека, выращенных в чашке Петри, полученных от человека с БГ, снижение активности генов репарации неспаренных оснований, по-видимому, достаточно для замедления роста вредоносного CAG-повтора.
Эта работа обнадеживает в отношении идеи «антиэкспансионных» методов терапии. В то же время важно четко понимать, чего это исследование не показывает. Вся работа проводилась на клетках в чашках Петри, а не в живом мозге. Была использована только одна линия стволовых клеток БГ с ювенильным началом и очень длинным повтором.
Исследование измеряло длину CAG-повтора и его распределение. Оно не тестировало выживаемость нейронов, поведение или функцию мозга. Оно также не затрагивало долгосрочную безопасность. Гены репарации неспаренных оснований помогают защищать все ткани от рака, и изменение их активности у людей несет риски возникновения рака, особенно учитывая, что потеря таких генов, как MSH2 и MLH1, связана со значительно повышенным риском развития рака нервной системы, при этом PMS2 также несет некоторый риск.
Что дает эта работа, так это более реалистичный короткий список генов репарации неспаренных оснований, которые выглядят многообещающими в контексте БГ у человека, выделяя членов семейства MutL, в частности PMS1, в качестве потенциальных мишеней. Она подтверждает идею о том, что осторожное снижение активности выбранных генов репарации неспаренных оснований, вероятно, в умеренной степени и, возможно, в комбинации, может быть ценным способом замедления экспансии CAG-повторов. Эта информация может помочь в разработке и приоритизации будущих методов терапии, направленных не только на лечение симптомов, но и на изменение темпов развития самой болезни Гентингтона.
Резюме
- Репарация неспаренных оснований способствует экспансии CAG-повторов в нейронах человека: Используя клетки мозга, созданные из клеток человека с БГ и выращенные в лабораторной чашке, исследователи подтвердили, что система репарации неспаренных оснований способствует росту CAG-повторов в нейронах человека, а не только у мышей или в делящихся клетках.
- Снижение активности генов репарации замедлило экспансию: Частично снизив активность специфических генов репарации неспаренных оснований, команда замедлила рост CAG-повторов до 69% в нейронах, при этом члены семейства MutL, в частности PMS1, стали потенциальными терапевтическими мишенями.
- Генетические данные теперь имеют экспериментальное подтверждение в клетках человека: Крупные генетические исследования ранее указывали на гены репарации неспаренных оснований как на модификаторы начала БГ. Это исследование подтверждает их роль в нейронах человека, выращенных в лабораторной чашке, и помогает определить приоритетные гены для воздействия. Работа была проведена на одной клеточной линии в чашке, но это важный шаг к разработке методов терапии, направленных на замедление экспансии CAG-повторов.
