Η μέθοδος προσδιορίζει τις επιδράσεις των μεταλλάξεων που σχετίζονται με τον αυτισμό ειδικά για τα κύτταρα Τομέα

ένα Νέα τεχνολογία γενετικού ελέγχου Αποκαλύπτει πώς δεκάδες μεταλλάξεις που συνδέονται με τον αυτισμό αλλάζουν τη μοίρα της ανάπτυξης εγκεφαλικών κυττάρων σε οργανοειδή.

«Θέλαμε να βρούμε βήματα στην ανάπτυξη του εγκεφάλου που είναι ιδιαίτερα ευάλωτα» σε γενετικές μεταλλάξεις που σχετίζονται με τον αυτισμό, λέει ο κύριος ερευνητής Γιούργκεν Νόμπλιχκαθηγητής συνθετικής βιολογίας στο Ιατρικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης στην Αυστρία.

Αυτή η προσέγγιση βασίζεται στην τεχνολογία της ερευνητικής ομάδας Noblich αναπτηγμένος Το 2020 να εξεταστούν γονίδια που σχετίζονται με τη μικροκεφαλία για την ικανότητά τους να βλάπτουν την κυτταρική ανάπτυξη. Σε αυτή τη μελέτη, η ομάδα χρησιμοποίησε το CRISPR για να δημιουργήσει ένα σύνολο γενετικών μεταλλάξεων σε ανθρώπινα βλαστοκύτταρα, αυξάνοντας κάθε βλαστοκύτταρο σε ένα οργανοειδές και χρησιμοποιώντας μοναδικούς γενετικούς γραμμωτούς κώδικες για την παρακολούθηση των μεταλλάξεων που συσσωρεύονται σε κάθε κύτταρο.

Στη νέα τους δουλειά, που δημοσιεύτηκε τον Σεπτέμβριο φύσηΗ ομάδα χρησιμοποίησε παρόμοια προσέγγιση για να δημιουργήσει ανθρώπινα οργανοειδή που φέρουν μεταλλάξεις σε 36 γονίδια που συνδέονται στενά με τον αυτισμό. Κάθε μωσαϊκό κύτταρο περιέχει μία μόνο μετάλλαξη.

«Είναι η πρώτη φορά που βλέπω τόσα πολλά γονίδια να εξετάζονται ταυτόχρονα στο ίδιο μοντέλο», λέει. Flora Vaccarino, καθηγητή νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο Yale, ο οποίος δεν συμμετείχε σε αυτή τη μελέτη. «Είναι πραγματικά εκπληκτικό».

Αφού οι οργανισμοί είχαν αναπτυχθεί για τέσσερις μήνες και συσσώρευσαν χιλιάδες κύτταρα με κάθε μετάλλαξη, ο Knoblich και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν αλληλουχία μονοκυττάρου RNA για να μετρήσουν την αφθονία των μεμονωμένων τύπων κυττάρων.

ντοΤα στοματικά οργανοειδή συνήθως αναπτύσσουν ένα μείγμα νευρώνων και νευρογλοιακών κυττάρων διατεταγμένων σε στρώματα που μοιάζουν με εκείνα που φαίνονται στον ανθρώπινο εγκεφαλικό φλοιό. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι μεταλλάξεις σε 24 από τα 36 γονίδια άλλαξαν την αναλογία των διεγερτικών νευρώνων προς τους ανασταλτικούς ενδονευρώνες. Περίπου το ένα τρίτο των μεταλλάξεων μείωσε τον αριθμό των μεσεγχυματικών προγονικών κυττάρων, τα οποία δημιουργούν διεγερτικούς νευρώνες στα στρώματα του φλοιού και πιστεύεται ότι είναι σημαντικά για την ενσωμάτωση πληροφοριών σε όλες τις περιοχές του εγκεφάλου.

«Αυτό το ζήτημα της ανισορροπίας φαίνεται να είναι ο κοινός παρονομαστής στην παθογένεση της διαταραχής του φάσματος του αυτισμού», λέει ο Vaccarino.

Μεταλλάξεις σε ένα γονίδιο συγκεκριμένα, ARID1BΑυτά τα αποτελέσματα, λέει ο Knoblich, έχουν δώσει ένα από τα «πιο ισχυρά και ενδιαφέροντα ευρήματα» σε οργανισμούς. Οι μεταλλάξεις ARID1B προκαλούν περισσότερα κύτταρα από το κανονικό να γίνουν πρόδρομοι ολιγοδενδροκυττάρων, τα οποία Παραγωγή ηλεκτρικής μόνωσης γύρω από τους νευρώνες και έχει συνδεθεί με τον αυτισμό.

Η μελέτη έδειξε ότι τα οργανοειδή του εγκεφάλου που προέρχονται από δύο άτομα με μεταλλάξεις ARID1B εμφάνισαν την ίδια άτυπη αύξηση στις πρόδρομες ενώσεις των ολιγοδενδροκυττάρων με τα οργανοειδή που σχεδιάστηκαν με CRISPR. «Έχουμε περάσει από τον γενετικό έλεγχο στη στρατολόγηση ασθενών που έχουν ήδη αυτή τη μετάλλαξη και είμαι πολύ περήφανος που καταφέραμε να προχωρήσουμε με αυτό», λέει ο Knoblich.

Η αναπαραγωγή των ευρημάτων ARID1B σε οργανοειδή που προέρχονται από τον άνθρωπο ήταν ένα πρώτο βήμα προς την επικύρωση της μετάφρασης των αποτελεσμάτων της μελέτης στον ανθρώπινο εγκέφαλο, λέει ο Knoblich. Ο Vaccarino προσθέτει ότι η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να συνεχίσει να εξετάζει περισσότερους ανθρώπους που έχουν μια σειρά από άλλες γενετικές μεταλλάξεις που σχετίζονται με τον αυτισμό.

Και τα 36 γονίδια στα οποία εστίασε η ομάδα του Noblich σχετίζονται με τη μεταγραφική ρύθμιση, ελέγχοντας τον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρα ανταποκρίνονται στα σήματα εντός και εκτός του κυττάρου. Αλλά πολλά άλλα γονίδια που συνδέονται με τον αυτισμό σχετίζονται με το σχηματισμό και τη διατήρηση των συνδέσεων μεταξύ των νευρώνων.

Η νέα προσέγγιση μπορεί να αντιμετωπίσει όχι μόνο αυτό το σύνολο γονιδίων, αλλά πολλά άλλα, λέει ο Knoblich. “Είναι μια πολύ ευέλικτη τεχνολογία. Μπορούμε να βάλουμε οποιαδήποτε λίστα γονιδίων στο σύστημα και να τα χρησιμοποιήσουμε σε οποιοδήποτε οργανοειδές.”