Noi dovezi promovează înțelegerea cauzelor sindromului Rett

Sindromul Rett este o tulburare rară de neurodezvoltare pentru care în prezent nu există nici un tratament sau o terapie bună. Provoacă simptome fizice și cognitive severe, dintre care multe se suprapun cu tulburările din spectrul autismului.

Sindromul Rett este cauzat de mutații ale genei MECP2, care este foarte exprimată în creier și pare să joace un rol important în menținerea sănătății neuronilor. Gena este localizată pe cromozomul X, iar sindromul afectează în primul rând fetele. Pentru a dezvolta tratamente pentru sindromul Rett, cercetătorii doresc să înțeleagă mai bine MECP2 și funcțiile sale în creier.

Cercetătorii, inclusiv co-fondatorul Institutului Whitehead, Rudolf Jaenisch, au studiat MECP2 de zeci de ani, dar multe fapte de bază despre genă au rămas necunoscute. Proteina MECP2, care este codificată de genă, este implicată în reglarea genei; se leagă de ADN și afectează nivelurile de expresie ale diferitelor alte gene, adică cantitatea de proteine pe care o produc.

Cu toate acestea, cercetătorii nu au avut o listă completă a genelor pe care MECP2 le afectează și nu a existat un consens cu privire la modul în care MECP2 afectează aceste gene.

Studiile timpurii ale MECP2 au sugerat că era un represor, reducând expresia genelor sale țintă, dar cercetările lui Jaenisch și alții au arătat anterior că MECP2 acționează și ca un activator, crescând expresia țintelor sale - și că poate fii un activator în primul rând. De asemenea, necunoscut a fost mecanismul de acțiune al MECP2 sau ce anume face proteina care duce la modificări ale expresiei genelor.

Limitările tehnologice i-au împiedicat pe cercetători să obțină claritate cu privire la aceste întrebări. Dar Yanish, un postdoc în laboratorul său, Yi Liu, și un fost membru al laboratorului lui Yanish, Anthony Flamier, acum profesor asistent la centrul de cercetare CHU Sainte-Justine de la Universitatea din Montréal, au folosit metode de ultimă oră pentru a răspunde la acestea. Întrebările rămase despre MECP2 și obțineți noi perspective asupra rolului său în sănătatea și bolile creierului.

Rezultatele lor au fost publicate în revista Neuron, iar cercetătorii au creat, de asemenea, un depozit online al datelor lor MECP2, Portalul MECP2-NeuroAtlas, ca resursă pentru alți cercetători.

„Cred că această lucrare va schimba fundamental modul în care oamenii cred despre modul în care MECP2 provoacă sindromul Rett. Avem o înțelegere complet nouă a mecanismului, iar acest lucru poate oferi noi căi pentru dezvoltarea tratamentelor pentru această boală”, spune Jaenisch, care este, de asemenea, profesor de biologie la Institutul de Tehnologie din Massachusetts.

Înțelegerea avansată a MECP2 în creier

Cercetătorii au creat mai întâi o hartă detaliată a locului în care MECP2 se leagă în secvența de gene a neuronilor umani, fie în interiorul genelor, fie în regiunile de reglare ale ADN-ului din apropierea lor. Ei au folosit o abordare numită CUT&Tag, care poate detecta interacțiunile proteine-ADN cu mare precizie.

Cercetătorii au descoperit peste patru mii de gene asociate cu MECP2. Ei și-au repetat cartografierea în neuronii cu mutații comune MECP2 asociate cu sindromul Rett pentru a determina unde MECP2 este epuizat în starea de boală.

Cunoașterea la care gene se leagă MECP2 a permis lui Liu și Flamier să înceapă să facă conexiuni între țintele MECP2 și sănătatea creierului. Ei au descoperit că multe dintre țintele sale sunt implicate în dezvoltarea și funcționarea axonilor neuronali și a sinapselor.

De asemenea, au comparat lista lor de ținte MECP2 cu baza de date a inițiativei de cercetare în autism a Fundației Simons (SFARI) de gene legate de autism și au descoperit că 381 de gene din acea bază de date erau ținte MECP2.

Sursa: Neuron (2024). DOI: 10.1016/j.neuron.2024.04.007

Aceste descoperiri pot ajuta la clarificarea mecanismelor care stau la baza simptomelor de autism în sindromul Rett și pot oferi un bun punct de plecare pentru investigarea posibilului rol al MECP2 în autism.

„Am creat prima hartă integrată a epigenomului MECP2 în sănătate și boală, iar această hartă poate ghida cercetările viitoare”, spune Liu. „Cunoașterea care gene sunt vizate de MECP2 și care sunt direct perturbate în boală oferă o bază solidă pentru înțelegerea sindromului Rett și pentru a pune întrebări despre reglarea genelor în neuroni.”

Cercetătorii au examinat, de asemenea, dacă MECP2 crește sau scade expresia genelor sale țintă. În concordanță cu istoria MECP2 fiind identificat de unii ca un activator și de către alții ca un represor, Liu și Flamier au găsit exemple în care MECP2 joacă ambele roluri.

Cu toate acestea, deși MECP2 este mai des considerat un represor, Liu și Flamier au descoperit că este în primul rând un activator -confirmând descoperirile anterioare ale lui Jaenisch și Liu. Un nou experiment a arătat că MECP2 activează cel puțin 80% dintre țintele sale, iar altul că activează până la 88% dintre ținte.

Harta genei țintă creată de cercetători a oferit o perspectivă suplimentară asupra rolului MECP2 ca activator. Ei au descoperit că, pentru genele pe care le activează MECP2, se leagă de obicei la o regiune a ADN-ului în amonte de genă numită locul de începere a transcripției.

Aici este locul în care mecanismul celular inițiază procesul de citire a unei gene în ARN, după care ARN-ul este tradus într-o proteină funcțională, care este produsul expresiei genei. Prezența MECP2 la locul de începere a transcripției unde începe expresia genei este în concordanță cu rolul său de activator al genei.

Cercetătorii au început apoi să determine ce rol joacă MECP2 în activarea genelor. Ei au studiat la ce molecule se leagă MECP2 la acest site, în plus față de ADN, și au descoperit că MECP2 interacționează direct cu un complex proteic numit ARN polimerază II (ARN Pol II). ARN Pol II este o mașină celulară cheie care transcrie ADN-ul în ARN. ARN Pol II nu poate găsi gene singur, așa că necesită mulți cofactori sau proteine care cooperează pentru a-l ajuta să-și facă treaba.

Cercetătorii emit ipoteza că MECP2 servește ca un astfel de cofactor, ajutând ARN Pol II să inițieze transcripția la genele unde se leagă MECP2. Analiza structurală a MECP2 a identificat părți ale moleculei care se leagă de ARN Pol II, iar alte experimente au confirmat că pierderea MECP2 reduce prezența ARN Pol II la locurile relevante de începere a transcripției, precum și nivelurile de expresie ale genelor țintă.

Acest lucru sugerează că sindromul Rett poate fi cauzat de scăderea transcripției genelor vizate de MECP2 din cauza mutațiilor în MECP2 care îl împiedică să se lege de ARN Pol II sau să se lege de ADN. În concordanță cu această idee, cele mai frecvente mutații MECP2 asociate cu boală sunt trunchieri: mutații în care lipsește o parte a proteinei, ceea ce poate altera interacțiunea dintre MECP2 și ARN Pol II.

Cercetătorii speră că descoperirile lor nu vor schimba doar înțelegerea noastră despre MECP2, dar că o înțelegere mai profundă și mai largă a modului în care MECP2 afectează dezvoltarea și funcționarea creierului poate duce la noi perspective care vor ajuta persoanele cu sindrom Rett și tulburări asociate, inclusiv autism.

„Acest proiect este un exemplu excelent al naturii de colaborare a muncii laboratorului Jaenisch”, spune Flamier. „Rudolph și Yi au avut o problemă specifică cu Sindromul Rett și am avut experiență cu tehnologia CUT&Tag care ar putea rezolva această problemă. Prin discuție, ne-am dat seama că ne putem combina eforturile, iar acum avem un depozit grozav de informații despre MECP2. Și legăturile sale cu boala."