Πρόσφατες μελέτες αποκαλύπτουν κυτταρικούς μηχανισμούς της γενετικής ALS

Δύο πρόσφατες μελέτες από το εργαστήριο του Ευάγγελου Κισκίνη, PhD, αναπληρωτή καθηγητή στο Division of Neuromuscular Diseases and Neurosciences στο Ken and Ruth Davee Department of Neurology, ανακάλυψαν νέους κυτταρικούς μηχανισμούς που εμπλέκονται σε δύο τύπους γενετικής αμυοτροφικής πλάγιας σκλήρυνσης ή ALS. .

Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν στο SΟι επιστήμονες προοδεύουν Και Αναφορές κελιών, βελτίωση της κατανόησης του ALS, μιας προοδευτικής νευροεκφυλιστικής νόσου που προσβάλλει τους κινητικούς νευρώνες στον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό και υποστηρίζει τη μελλοντική ανάπτυξη στοχευμένων θεραπειών.

«Δόλωμα» γενετικών μεταλλάξεων

Σύμφωνα με το Ίδρυμα Les Turner ALS, περίπου 32.000 άνθρωποι ζουν αυτήν τη στιγμή με ALS στις Ηνωμένες Πολιτείες. Υπάρχουν δύο τύποι ALS: η σποραδική (μη γενετική), η οποία αποτελεί περισσότερο από το 90% όλων των περιπτώσεων ALS και η οικογενής (γενετική).

Στο άρθρο τους που δημοσιεύτηκε στο Οι επιστήμονες προοδεύουν, η ομάδα Kiskinis μελέτησε έναν τύπο οικογενούς ALS που προκαλείται από μια επαναλαμβανόμενη γενετική αλληλουχία του C9ORF72 γονίδιο, το οποίο είναι η κύρια γενετική αιτία της ALS.

Σύμφωνα με τον Kiskinis, τα υγιή άτομα μπορούν να έχουν 20 επαναλήψεις C9ORF72 στο γονιδίωμά τους, ενώ οι ασθενείς με ALS μπορεί να έχουν χιλιάδες. Αυτές οι επαναλήψεις μεταγράφονται και μεταφράζονται από μη κανονικές οδούς που παράγουν ακανόνιστα RNA και διπεπτίδια (μόρια με δύο αμινοξέα που συνδέονται με ένα πεπτίδιο) στους νευρώνες.

Η ομάδα του Kiskinis υπέθεσε ότι αυτό το κλιμακωτό φαινόμενο είναι η αιτία της τοξικότητας κέρδους λειτουργίας σε κινητικούς νευρώνες σε αυτόν τον τύπο ALS. Αυτό τους ώθησε να μελετήσουν τους μηχανισμούς που κάνουν αυτά τα επαναλαμβανόμενα διπεπτίδια (R-DPRs) όλο και πιο τοξικά.

Χρησιμοποιώντας υπολογιστικές και πειραματικές τεχνικές, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι τα R-DPR έχουν ισχυρή συγγένεια δέσμευσης για τα μόρια RNA. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται διασταυρούμενη ανοσοκαθίζηση, ή CLIP-seq, για να απομονώσουν συγκεκριμένα θραύσματα RNA και διαπίστωσαν ότι τα R-DPRs συνδέονται αποκλειστικά με ριβοσωμικά RNA. Συγκεκριμένα, το διπεπτίδιο πολυ-GR συνδέεται με το ριβοσωμικό RNA, το οποίο βλάπτει την ομοιόσταση των ριβοσωμάτων, μια διαδικασία απαραίτητη για την κυτταρική διαφοροποίηση και τη συνολική σύνθεση ενός κυττάρου.

Χρησιμοποιώντας αυτά τα αποτελέσματα, οι ερευνητές σχεδίασαν στη συνέχεια ένα «δόλωμα» RNA που ξεγελά το πολυ-GR ώστε να συνδεθεί με κάτι που φαίνεται να είναι ριβοσωμικό RNA – ή σε αυτή την περίπτωση, το δόλωμα. Σε μια εποχή in vivo μοντέλα και σε νευρώνες iPSC που προέρχονται από ασθενείς με C9ORF72 μεταλλάξεις, το μόριο του δολώματος ανέστειλε την τοξικότητα.

“Δείξαμε, χρησιμοποιώντας πολλές διαφορετικές προσεγγίσεις, ότι το μόριο που σχεδιάσαμε – “το δόλωμα” – δεσμεύεται πολύ ισχυρά και συγκεκριμένα με αυτήν την πρωτεΐνη poly-GR και, δεσμεύοντας σε αυτήν, την αποτρέπει από τη δέσμευσή της. Από την είσοδο στον πυρήνα. Εκεί γίνεται πιο τοξικό”, είπε ο Kiskinis. “Αυτό χρησιμεύει ως απόδειξη αρχής για την ιδέα ότι ένα μόριο RNA που έχει αυτές τις ικανότητες δολώματος μπορεί να είναι θεραπευτικό και αυτό υποστηρίζει επίσης την υπόθεση ότι μεγάλο μέρος της τοξικότητας του C9ORF72 η μετάλλαξη σχετίζεται με αλλοίωση της ριβοσωμικής βιολογίας.

Οι ερευνητές βελτιστοποιούν τώρα τη χημεία του μορίου του δολώματος και στοχεύουν να το δοκιμάσουν σε άλλα μοντέλα ALS, σύμφωνα με τον Kiskinis.

«Είμαστε ενθουσιασμένοι που οι νευρώνες που προέρχονται από το iPSC από ασθενείς με αυτές τις μεταλλάξεις επιβιώνουν πολύ περισσότερο όταν τους δίνουμε αυτό το μόριο δολώματος, πράγμα που σημαίνει ότι κάνει κάτι καλό. Πρέπει απλώς να καταλάβουμε αν αυτή θα μπορούσε να είναι μια βιώσιμη, μετασχηματιστική θεραπεία», είπε ο Kiskinis.

Ο Juan Ortega, PhD, πρώην μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο Kiskinis, ήταν ο κύριος συγγραφέας της μελέτης. Οι συγγραφείς περιλαμβάνουν τον Andrew Fleming, φοιτητή στο πρόγραμμα Interdepartmental Neuroscience (NUIN) του Northwestern University, και τον Samuel Stupp, PhD, καθηγητή επιστήμης και μηχανικής υλικών, χημείας, ιατρικής και βιοϊατρικής μηχανικής, ιδρυτικό διευθυντή του Simpson Querrey. Ινστιτούτο Βιονανοτεχνολογίας (SQI) και Κέντρο Αναγεννητικής Νανοϊατρικής.

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Grant R01NS104219 από το Εθνικό Ινστιτούτο Νευρολογικών Διαταραχών και Εγκεφαλικού (NINDS) των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας (NIH) και του Εθνικού Ινστιτούτου για τη Γήρανση (NIA). Το NIH/NINDS χορηγεί R21NS107761. το Κέντρο για την Αναγεννητική Νανοϊατρική στο Ινστιτούτο Simpson Querrey. το Ίδρυμα Les Turner ALS· και το New York Stem Cell Foundation.

Σύνδεση αιτιολογικών γονιδίων

Υπάρχουν 30 γνωστά γονίδια που σχετίζονται με οικογενείς μορφές ALS, αλλά αν κάθε γενετικός παράγοντας συμβάλλει σε έναν μόνο γενικό τύπο ALS ή σε πολλούς τύπους παραμένει ένα διαφαινόμενο ερώτημα στο πεδίο, σύμφωνα με τον Kiskinis.

Για να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα, σύμφωνα με τη μελέτη τους που δημοσιεύτηκε στο Αναφορές κελιώνΗ ομάδα του Kiskinis χρησιμοποίησε νωτιαίους κινητικούς νευρώνες που προέρχονται από πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (iPSC) για να αναπτύξει ένα μοντέλο του δεύτερου πιο συνηθισμένου τύπου οικογενούς ALS, που προκαλείται από μεταλλάξεις στο SOD1 γονίδιο και είναι εμφανές στο δύο τοις εκατό όλων των περιπτώσεων ALS.

«Γνωρίζουμε από τη δουλειά στο πεδίο τα τελευταία 20 χρόνια ότι αυτή η μετάλλαξη προκαλεί τοξικότητα μέσω επιδράσεων κέρδους λειτουργίας. Γνωρίζουμε ότι οι μεταλλάξεις προκαλούν κακή αναδίπλωση των πρωτεϊνών και ότι η κακή αναδίπλωση πυροδοτεί έναν καταρράκτη που οδηγεί σε δυσλειτουργία. Αλλά δεν καταλαβαίνουμε πραγματικά πώς συμβαίνει αυτό», είπε ο Κισκίνης.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν χρονική πρωτεομική για να συγκρίνουν τα πρωτεώματα των νευρώνων iPSC ελέγχου και των νευρώνων iPSC με SOD1 μετάλλαξη και συνέκρινε τον ρυθμό αποικοδόμησης πρωτεϊνών (ανακύκλωση και αντικατάσταση παλαιών πρωτεϊνών) μεταξύ των δύο ομάδων νευρώνων.

Στο μεταλλαγμένο-SOD1 Οι νευρώνες iPSC, διαπίστωσαν ότι μια άλλη πρωτεΐνη που προκαλεί το ALS – πρωτεΐνη που περιέχει βαλοσίνη (VCP) – αποικοδομείται πιο αργά από ό,τι στους νευρώνες iPSC με ισογονικό έλεγχο. Αυτή η αργή αποικοδόμηση πρωτεΐνης προκάλεσε τελικά το VCP να αλληλεπιδράσει λιγότερο με ορισμένες πρωτεΐνες και περισσότερο με άλλες πρωτεΐνες.

“Αυτό είναι πολύ συναρπαστικό επειδή οι μεταλλάξεις VCP που μπορούν να προκαλέσουν ALS πιστεύεται ότι δρουν με τον ίδιο τρόπο”, είπε ο Kiskinis.

Οι ερευνητές στη συνέχεια προσπάθησαν να προσδιορίσουν εάν αυτή η τροποποιημένη λειτουργία του VCP έπαιξε κάποιο ρόλο SDO1– μεσολαβούμενη τοξικότητα. Στα δύο μεταλλαγμένα-SOD1 Νευρώνες από ασθενείς με iPSC και C.elegans (ένας τύπος στρογγυλού σκουλήκι) μεταλλαγμένα μοντέλα SOD1Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όταν το VCP υπερεκφραζόταν, η τοξικότητα μειώθηκε και όταν η λειτουργία του VCP αναστέλλεται, η τοξικότητα αυξάνει.

«Αυτή η εργασία και η δουλειά που κάναμε στο εργαστήριό μας τα τελευταία χρόνια αποδεικνύουν ότι παρόλο που τα γενετικά αίτια μπορεί να είναι διαφορετικά, εξακολουθεί να υπάρχει κάποιο είδος μηχανιστικής επικάλυψης όσον αφορά το τι προκαλεί δυσλειτουργία αυτών των κυττάρων.» , Kiskinis είπε.

Αυτό είναι σημαντικό, πρόσθεσε ο Κισκίνης, επειδή τα αποτελέσματα μπορούν να ενημερώσουν τον σχεδιασμό μελλοντικών κλινικών δοκιμών και να βελτιώσουν την εφαρμογή στοχευμένων θεραπειών. Στο μέλλον, ο Kiskinis είπε ότι η ομάδα του θέλει να προσδιορίσει εάν το VCP είναι ένας αποτελεσματικός θεραπευτικός στόχος για ασθενείς με SOD1 μετάλλαξη, καθώς και για άλλους τύπους ALS.

Οι παραπομπές:

1. Ortega JA, Sasselli IR, Boccitto M et al. Η ανάλυση CLIP-Seq επιτρέπει το σχεδιασμό προστατευτικών ολιγονουκλεοτιδίων δολώματος ριβοσωμικού RNA έναντι C9ORF72 Poly-GR παθοφυσιολογία ALS/FTD. Προχωρημένος στην επιστήμη. 2023;9(45):eadf7997. doi: 10.1126/sciadv.adf7997

2. Tsioras K, Smith KC, Edassery SL et al. Η ανάλυση της δυναμικής αποικοδόμησης σε επίπεδο πρωτεώματος σε νευρώνες ασθενών που προέρχονται από το iPSC του ALS SOD1 αποκαλύπτει διαταραγμένη ομοιόσταση του VCP. Αναφορές κελιών. 2023;42(10):113160. doi: 10.1016/j.celrep.2023.113160

Αυτό το άρθρο έχει αναδημοσιευτεί από τα ακόλουθα έγγραφα. Σημείωση: Το υλικό μπορεί να έχει υποστεί επεξεργασία για το μήκος και το περιεχόμενο. Για περισσότερες πληροφορίες, επικοινωνήστε με την αναφερόμενη πηγή.