Около 5 процентов пациентов с БАС несут измененную версию гена под названием C9orf72, который у пациентов с БАС содержит сотни повторяющихся последовательностей, которые в противном случае отсутствуют у нормальных людей. Однако с момента открытия гена в 2011 году исследователи пытались понять его нормальную функцию, а также его роль в БАС, предлагая множество гипотез.Старший автор Давиде Тротти, доктор философии, содиректор отделения Вайнберга по исследованиям БАС в Университете Томаса Джефферсона исследовал три основные гипотезы.
Первая идея о том, что мутация C9orf72 при БАС нарушает нормальную функцию гена в клетке, не оправдалась. Когда исследователи подавили экспрессию гена, уменьшив количество вырабатываемого белка, нейроны продолжили вести себя нормально, что свидетельствует о том, что ген C9orf72 не важен для здоровья нейронов.Другая возможность заключалась в том, что повторяющиеся последовательности, содержащиеся в этом гене, генерируют продукт — либо РНК, либо белок — токсичный для клетки. РНК, транскрибируемая из гена C9orf72, складывается в необычную форму, называемую G-квартетом, напоминающую стопку пластинок, которая могла мешать нормальным функциям клеток.
Третий вариант заключался в том, что белки, аберрантно генерируемые из этих больших повторяющихся последовательностей в гене C9orf72 пациентов с БАС, были каким-то образом токсичными для нейронов.Доктор Тротти и его коллеги создали синтетическую версию G-квартетов РНК и вставили их в здоровые клетки, не содержащие мутации C9orf72. Нейроны, у которых были более длинные версии квартетов (больше пластинок в стопке), имели в два раза больше шансов умереть, чем те, у которых было меньше G-квартетов, что позволяет предположить, что этот механизм мог сыграть роль.
Однако наиболее убедительные доказательства были получены, когда доктор Тротти и его коллеги протестировали белки, созданные из РНК C9orf72. Хотя из одной и той же последовательности РНК можно было получить пять различных белков, исследователи обнаружили, что один из пяти вызвал наибольшие повреждения клетки. Белковая цепь, состоящая из повторов аминокислот пролина (P) и аргинина (R), называемая цепью поли-PR, накапливается в ядрышке и очень быстро убивает нейрон, который ее продуцирует.
Отслеживая судьбу живого нейрона в режиме реального времени, исследователи смогли увидеть, что по мере накопления большего количества PR-белка в ядрышке клетка становилась все более раздутой, а затем внезапно погибала. Реакция была быстрой и протекала в течение 72 часов.Чтобы проверить, сохраняются ли процессы, наблюдаемые в клетках, у людей, исследователи протестировали двигательные нейроны, полученные из iPS-клеток, от пациентов с БАС, у которых была мутация C9orf72A для цепей PR-белка. Действительно, мотонейроны содержат токсичный белок PR.
Кроме того, когда в клетке были активны и цепи РНК, и белки PR, исследователи наблюдали синергетический эффект, предполагая, что оба механизма могут быть вовлечены в повреждение мотонейронов.«Эти исследования показывают, что если бы мы могли предотвратить образование PR-агрегатов или способствовать их разрушению, мы могли бы помочь предотвратить повреждение двигательных нейронов, которое вызывает симптомы, которые мы наблюдаем у пациентов с БАС», — говорит д-р Тротти.
