Un nou studiu cartografiază disfuncțiile genetice timpurii în sindromul Rett
Cercetătorii de la Baylor College of Medicine și Duncan Neurological Research Institute (Duncan NRI) de la Texas Children’s Hospital au analizat celulele cerebrale ale șoarecilor care modelează sindromul Rett, înainte ca simptomele să apară, pentru a înțelege mai bine factorii care determină apariția acestora.
Studiul a identificat un set de gene disfuncționale și tipuri de celule specifice care sunt vulnerabile la schimbări genetice în stadiile timpurii ale bolii. Rezultatele cercetării au fost publicate în revista Science Advances.
Sindromul Rett este o afecțiune neurologică genetică rară care afectează în principal fetele. Acestea se dezvoltă normal în timpul primei infanței, dar între 6 și 18 luni încep să piardă abilități precum vorbirea, mișcările intenționate și interacțiunea socială.
Acest sindrom este cauzat de mutații în gena MECP2, care joacă un rol esențial în reglarea activității altor gene în celulele cerebrale.
Mutațiile determină pierderea funcției genei, afectând astfel reglarea corespunzătoare a mii de alte gene. „Gena MECP2 se află pe cromozomul X”, a declarat Dr. Ashley Anderson. „Fetele au două cromozomi X, dar fiecare celulă dezactivează aleatoriu unul dintre aceștia, creând un mediu celular mozaic, în care aproximativ jumătate dintre celulele cerebrale utilizează versiunea sănătoasă a MECP2 (celule MeCP2-pozitive), iar cealaltă jumătate utilizează versiunea mutată (celule MeCP2-negative). Pe de altă parte, băieții au un singur cromozom X, astfel că toate celulele lor au o variantă mutantă a MECP2, ceea ce duce la o boală mai severă din primele etape ale vieții.”
„Ceea ce face ca sindromul Rett să fie provocator de studiat este faptul că celulele sănătoase și cele mutante se influențează reciproc în moduri pe care abia începem să le înțelegem”, a afirmat Yan Li. „Prin studierea șoarecilor femele care reflectă această condiție mozaică, împreună cu șoareci masculi care au doar copia mutantă, începem să descâlcim aceste efecte.”
Cercetătorii au analizat modelul de expresie a genelor în celulele hipocampului, regiunea creierului implicată în învățare și memorie, care este afectată devreme în boală. O avansare tehnică importantă a acestui studiu a fost separarea fizică a celulelor MeCP2-pozitive de cele MeCP2-negative înainte de studiu, permițând astfel compararea activității genelor în celule mutante și sănătoase din același creier mozaic feminin pentru prima dată.
„Am aplicat două tehnici moleculare pentru a măsura care gene sunt activate sau inactive în aceste celule”, a spus Li. „Secvențierea RNA în masă ne-a arătat activitatea genelor la nivelul întregului țesut, iar secvențierea RNA la nivel de nucleu individual ne-a permis să analizăm activitatea genelor în celule individuale. Folosind ambele tehnici, am putut observa atât imaginea de ansamblu, cât și detalii specifice ale tipurilor de celule.”
În șoarecii femele, modificările generale în activitatea genelor păreau modeste când erau măsurate la nivelul întregului țesut cerebral. Totuși, analiza celulelor individuale a scos la iveală un tablou foarte diferit. „Am descoperit că modificările importante nu erau evidente în măsurătorile globale, deoarece ele apăreau doar în anumite tipuri de celule”, a spus Li. „De exemplu, celulele care aveau mutația Mecp2 prezentau disrupții puternice ale genelor doar în tipuri celulare specifice, ceea ce nu am detectat când am analizat un amestec de celule în studii globale. Aceasta arată că, în condiții mozaice precum sindromul Rett, studiul celulelor individuale este esențial pentru a înțelege pe deplin boala.”
„Am descoperit 12 gene care au fost constant alterate în stadiile foarte timpurii ale bolii și doar în celulele Mecp2 mutant”, a declarat Anderson. „Aceste gene au fost fie activate, fie inactive în același mod, indiferent de sex sau severitatea bolii. Propunem că aceste gene reprezintă probabil o „semnătură de bază a bolii” timpurii. Multe dintre aceste gene sunt implicate în comunicarea dintre celulele cerebrale (sinapse), sugerând că disfuncțiile în modul în care neuronii se conectează și semnalizează pot fi unul dintre cele mai timpurii pași în sindromul Rett.”
Deși acest studiu a identificat o semnătură de bază a bolii în celulele Mecp2 negative, a arătat că și celulele sănătoase (cu gena Mecp2 normală) nu rămân complet neafectate în femele. „Am descoperit că unele celule cerebrale cu Mecp2 normal au avut modificări în activitatea genelor din cauza prezenței celulelor defectuoase vecine”, a spus Anderson. „Aceasta arată că celulele pot fi influențate de mediul lor și ajută la explicarea de ce sindromul Rett poate provoca disfuncții cerebrale extinse chiar și atunci când multe celule sunt genetic normale.”
O descoperire surprinzătoare a fost că un tip de neuron numit interneuron trilaminar, care anterior nu fusese asociat cu sindromul Rett, a prezentat disfuncții mai puternice decât alte tipuri de neuroni atunci când gena MeCP2 era defectuoasă. Aceste celule se conectează între straturile multiple ale hipocampului, ajutând la coordonarea comunicării în interiorul creierului. Studiile suplimentare sunt necesare pentru a înțelege mai bine rolul acestor interneuroni în sindromul Rett.
„Înțelegerea acestor schimbări timpurii și specifice celulelor oferă markeri pentru a monitoriza eficiența intervențiilor și, de asemenea, puncte de intrare pentru a înțelege circuitele cerebrale care determină caracteristicile sindromului Rett”, a declarat Zoghbi. „Dacă oamenii de știință pot viza cele mai timpurii disfuncții moleculare sau proteja cele mai vulnerabile tipuri de celule, ar putea fi posibil să încetinească sau să prevină progresia sindromului Rett. În plus, această lucrare informează studiile asupra altor condiții genetice care implică mozaicismul sau afectează populații specifice de celule cerebrale.”
