Они сообщают, что измененный ген C9orf72, расположенный на хромосоме 9 человека, заставляет молекулы РНК блокировать важные пути для транспорта белков, вызывая молекулярные пробки за пределами ядер клеток мозга и влияя на их работу и выживание. В экспериментальном эксперименте исследователи также говорят, что молекулярная терапия ослабила застревание и восстановила молекулярный поток в ядро клетки.Отчет о работе будет опубликован онлайн 26 августа в журнале Nature.
«Открытие несколько лет назад этой мутации — наиболее распространенной, связанной с БАС и ЛВД — действительно изменило правила игры в этой области, потому что это не была типичная генетическая мутация», — говорит Джеффри Ротштейн, доктор медицинских наук, доктор философии. ., профессор неврологии и директор Института наук о мозге и Центра Роберта Паккарда по исследованиям БАС Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса. «Теперь у нас есть некоторая информация о том, что он делает на ранней стадии, чтобы повредить клетки головного и спинного мозга».Мутация, наиболее распространенный из известных генетических факторов риска заболеваний, связана с 40 процентами наследственных случаев БАС, 25 процентами наследственных ЛТБ и примерно 10 процентами ненаследственных случаев каждого заболевания.
Оба заболевания характеризуются дегенерацией нервных клеток с течением времени. В случае FTD повреждение вызывает проблемы с речью, пониманием языка и обработкой эмоций. При БАС дегенерация поражает клетки спинного и головного мозга, и пациенты постепенно теряют способность контролировать свои мышцы.
По словам Ротштейна, исследователи знали, что мутация C9orf72, вместо того, чтобы менять один строительный блок ДНК на другой, заставляла отрезок из шести нуклеотидов ДНК повторяться сотни раз. На основе мутировавшей ДНК пораженные клетки создают длинные цепочки повторяющейся РНК, генетического материала, обычно отвечающего за перенос генетического кода ДНК за пределы ядер в механизмы, которые переводят его в белки.В 2013 году лаборатория Ротштейна определила более 400 белков в клетке, с которыми повторяющиеся цепи РНК могут напрямую взаимодействовать.
Теперь эта исследовательская группа вместе с Томасом Ллойдом, доктором медицины, доктором философии, адъюнкт-профессором неврологии Университета Джона Хопкинса, сосредоточилась на одном из этих белков, RanGAP, в качестве ключа к опосредованию воздействия мутированной РНК на клетки. .«Ключевым прорывом стало использование модели БАС и ЛТД у плодовой мухи человека, которая позволила нам проверить эти 400 кандидатов на те, которые блокируют гибель клеток мозга в живом организме», — говорит Ллойд. «Эта работа определила RanGAP как критическую мишень для повторов C9orf72, которые могут предотвратить гибель клеток мозга, когда его функция будет восстановлена».В здоровых клетках RanGAP помогает транспортировать молекулы через ядерные поры, которые соединяют цитоплазму клетки — жидкость, заполняющую большую часть клетки, — и ядро - центральный отсек, содержащий генетический материал.Но в своих экспериментах с клетками мозга мух и человека, полученными от пациентов с мутацией C9orf72, связанной с БАС, Ротштейн и Ллойд обнаружили, что RanGAP скапливается вне ядра.
Более того, белки, которые используют RanGAP для транспортировки в ядро, не проходят через ядерные поры.«У группы были данные о стволовых клетках человека и модель мух, но мы действительно хотели знать, можем ли мы увидеть это в мозге пациентов», — говорит Ротштейн. «Итак, мы пошли в банк аутопсии тканей человеческого мозга и начали искать».Исследования срезов ткани мозга пациентов с БАС и ЛТД показали, что аналогичные скопления RanGAP и других белков, в том числе некоторых жизненно важных для функции нейронов, застряли вне ядер клеток мозга. «Теперь мухи, человеческие стволовые клетки и вскрытый мозг рассказывают нам одну и ту же историю, что это фундаментальный дефект, вызывающий болезнь», — говорит Ротштейн.
В другой серии экспериментов с использованием стволовых клеток мухи и человека ученые добавили антисмысловые олигонуклеотиды, биты РНК, предназначенные для связывания с повторяющимися цепями РНК, блокируя их взаимодействие с белком RanGAP. Они сообщают, что забитые ядерные поры снова открылись, и ключевые белки снова переместились в ядро.Ротштейн начал сотрудничество с калифорнийской компанией Isis Pharmaceuticals, чтобы продолжить разработку лекарства, которое могло бы сделать то же самое для пациентов с БАС и ЛТД.
Однако он предупредил, что необходимо провести дальнейшие исследования, чтобы подтвердить этот потенциал, а коммерчески доступный препарат появится еще через много лет.«Мы до сих пор не знаем каждого шага между мутацией C9orf72 и гибелью клеток в головном мозге», — говорит Ротштейн. «Но мы уверены, что это именно то, что начинается, и это, безусловно, хорошая терапевтическая цель».Другими авторами этой статьи являются Ке Чжан, Кристофер Дж. Доннелли, Аарон Р. Хейслер, Джонатан К. Грима, Джеймс Б. Мачамер, Питер Стейнвальд, Элизабет Л. Дейли, Шон Дж.
Миллер, Кэтлин М. Каннингем, Светлана Виденски, Сакшам Гупта, Майкл А. Томас, Инги Хонг, Шу-Линг Чиу, Ричард Л. Хуганир, Лайл У. Остроу, Майкл Дж. Матунис, Джиу Ван, Рита Саттлер и Томас Э. Ллойд из Университета Джонса Хопкинса.
Финансирование исследования было предоставлено за счет грантов Национального института неврологических расстройств и инсульта (R01 NS085207, NS091046, R01 NS082563, R01 NS074324, NS089616, NS091486), Национального института рака (CA009110), Института исследований мозга, Роберта Паккарда. Центр исследований БАС при Джонсе Хопкинсе, Ассоциация мышечной дистрофии, Фонд открытия лекарств при болезни Альцгеймера, Благотворительный фонд Джудит и Джин Пейп Адамс, Центр исследования болезни Альцгеймера — Johns Hopkins, Maryland TEDCO, Товарищество Target ALS Springboard, Уильям и Фонд Эллы Оуэнс и Ассоциация ALS.