Нова открића доприносе бољем разумевању узрока Ретовог синдрома

Ретов синдром је редак неуроразвојни поремећај за који тренутно не постоји лек нити добар третман. Изазива тешке физичке и когнитивне симптоме, од којих се многи преклапају са поремећајима из аутистичног спектра.

Ретов синдром је узрокован мутацијама у гену MECP2, који је високо експресован у мозгу и изгледа да игра важну улогу у одржавању здравља неурона. Ген се налази на X хромозому, а синдром првенствено погађа девојчице. Да би развили третмане за Ретов синдром, истраживачи желе да боље разумеју MECP2 и његове функције у мозгу.

Истраживачи, укључујући суоснивача Института Вајтхед, Рудолфа Јениша, проучавају MECP2 деценијама, али многе основне чињенице о гену остају непознате. Протеин који ген кодира, MECP2, укључен је у регулацију гена; везује се за ДНК и утиче на нивое експресије разних других гена или на количину протеина коју они производе.

Међутим, истраживачи нису имали комплетан списак гена на које је погођен MECP2, и није постојао консензус о томе како MECP2 утиче на ове гене.

Ране студије MECP2 сугерисале су да је он репресор, смањујући експресију својих циљних гена, али истраживања Јаениша и других су претходно показала да MECP2 делује и као активатор, повећавајући експресију својих циљних гена — и да би могао бити активатор у првом реду. Такође је био непознат механизам деловања MECP2, односно шта тачно протеин ради да би изазвао промене у експресији гена.

Ограничења у технологији спречила су истраживаче да добију јасноћу о овим питањима. Али Јаниш, постдокторант Ји Лиу из његове лабораторије и Јанишов бивши члан лабораторије Ентони Фламијер, сада ванредни професор у истраживачком центру CHU Sainte-Justine на Универзитету у Монтреалу, користили су најсавременије технике како би одговорили на ова преостала питања о MECP2 и стекли нове увиде у његову улогу у здрављу и болестима мозга.

Њихови резултати су објављени у часопису Neuron, а истраживачи су такође креирали онлајн спремиште својих MECP2 података, портал MECP2-NeuroAtlas, као ресурс за друге истраживаче.

„Мислим да ће овај рад фундаментално променити разумевање људи о томе како MECP2 узрокује Ретов синдром. Имамо потпуно ново разумевање механизма и то може пружити нове путеве за развој третмана за ову болест“, каже Јаниш, који је такође професор биологије на МИТ-у.

Дубље разумевање MECP2 у мозгу

Истраживачи су прво направили детаљну мапу места где се MECP2 везује у секвенцама људских неуронских гена, било унутар гена или у регулаторним регионима ДНК у њиховој близини. Користили су приступ назван CUT&Tag, који може са великом прецизношћу да одреди интеракције протеина са ДНК.

Истраживачи су пронашли више од 4.000 гена повезаних са MECP2. Поновили су своје мапирање у неуронима са уобичајеним мутацијама MECP2 повезаним са Ретовим синдромом како би утврдили где је MECP2 смањен у болесном стању.

Знање за које гене се MECP2 везује омогућило је Лиуу и Фламијеру да почну да успостављају везе између циљева MECP2 и здравља мозга. Открили су да су многи од његових циљева укључени у развој и функцију неуронских аксона и синапси.

Такође су упоредили своју листу MECP2 циљева са базом података Иницијативе за истраживање аутизма (SFARI) Фондације Симонс о генима повезаним са аутизмом и открили да је 381 ген у тој бази података MECP2 циљ.

Извор: Неурон (2024). DOI: 10.1016/j.neuron.2024.04.007

Ови налази могу помоћи у разјашњавању механизама који леже у основи симптома аутизма код Ретовог синдрома и пружити добру полазну тачку за истраживање могуће улоге MECP2 у аутизму.

„Направили смо прву интегрисану мапу епигенома MECP2 у здрављу и болести, и ова мапа може да води будућа истраживања“, каже Лиу. „Познавање који су гени мете MECP2, а који су гени директно поремећени у болести, пружа солидну основу за разумевање Ретовог синдрома и постављање питања о регулацији гена у неуронима.“

Истраживачи су такође испитали да ли MECP2 повећава или смањује експресију својих циљних гена. У складу са историјом идентификације MECP2 од стране неких као активатора, а од стране других као репресора, Лиу и Фламијер су пронашли примере где је MECP2 играо обе улоге.

Међутим, док се MECP2 чешће сматра репресором, Лиу и Фламијер су открили да је он углавном активатор – потврђујући претходна открића Јаениша и Лиуа. Један нови експеримент је показао да MECP2 активира најмање 80% својих мета, а други је открио да активира до 88% својих мета.

Мапа циљних гена коју су креирали истраживачи пружила је додатни увид у улогу MECP2 као активатора. Открили су да се гени које MECP2 активира обично везују за регион ДНК узводно од гена који се назива место почетка транскрипције.

Ово је место где ћелијска механизација покреће процес транскрипције гена у РНК, након чега се РНК преводи у функционални протеин, који је производ експресије гена. Присуство MECP2 на месту почетка транскрипције, где почиње експресија гена, у складу је са његовом улогом активатора гена.

Истраживачи су затим кренули да утврде какву улогу MECP2 игра у активацији гена. Испитали су за које молекуле се MECP2 везује на овом месту, поред ДНК, и открили да MECP2 директно интерагује са протеинским комплексом који се назива РНК полимераза II (РНК Pol II). РНК Pol II је кључна ћелијска машина која транскрибује ДНК у РНК. РНК Pol II не може сама да пронађе гене, па јој је потребан низ кофактора, односно протеинских сарадника, да би јој помогли да обави свој посао.

Истраживачи претпостављају да MECP2 служи као један такав кофактор, помажући РНК Pol II да покрене транскрипцију на генима где се MECP2 везује. Структурна анализа MECP2 је идентификовала делове молекула који се везују за РНК Pol II, а други експерименти су потврдили да губитак MECP2 смањује присуство РНК Pol II на одговарајућим местима почетка транскрипције, као и нивое експресије циљних гена.

Ово указује на то да Ретов синдром може бити узрокован смањеном транскрипцијом гена на које је усмерен MECP2 због мутација MECP2 које га спречавају да се веже за РНК Pol II или за ДНК. У складу са овом идејом, најчешће мутације MECP2 повезане са болешћу су скраћивања: мутације у којима недостаје део протеина, што може променити интеракцију између MECP2 и РНК Pol II.

Истраживачи се надају да ће њихови налази не само променити наше разумевање MECP2, већ да би дубље и шире разумевање како MECP2 утиче на развој и функцију мозга могло довести до нових увида који ће помоћи људима са Ретовим синдромом и сродним поремећајима, укључујући аутизам.

„Овај пројекат је одличан пример колаборативне природе Јанишове лабораторије“, каже Фламијер. „Рудолф и ја смо имали специфичан проблем везан за Ретов синдром, а ја сам имао искуства са CUT&Tag технологијом, која је могла да реши проблем. Кроз дискусију смо схватили да можемо да удружимо наше напоре и сада имамо одличну базу информација о MECP2 и његовим везама са болестима.“