หลักฐานใหม่ช่วยเพิ่มความเข้าใจถึงสาเหตุของ Rett syndrome

โรคเรตต์เป็นความผิดปกติทางพัฒนาการทางระบบประสาทที่พบได้น้อย ซึ่งปัจจุบันยังไม่มีวิธีรักษาหรือวิธีการบำบัดที่ดี ทำให้เกิดอาการทางร่างกายและทางสติปัญญาที่รุนแรง ซึ่งหลายๆ อาการทับซ้อนกับอาการออทิสติกสเปกตรัม

โรคเรตต์ เกิดจากการกลายพันธุ์ของยีน MECP2 ซึ่งแสดงออกอย่างมากในสมองและดูเหมือนจะมีบทบาทสำคัญในการรักษาสุขภาพของเซลล์ประสาท ยีนนี้ตั้งอยู่บนโครโมโซม X และโรคนี้ส่งผลต่อเด็กผู้หญิงเป็นหลัก เพื่อพัฒนาวิธีรักษาโรคเรตต์ นักวิจัยต้องการทำความเข้าใจ MECP2 และหน้าที่ของมันในสมองให้ดีขึ้น

นักวิจัย รวมถึง Rudolf Jaenisch ผู้ร่วมก่อตั้งสถาบัน Whitehead ได้ศึกษาวิจัยเกี่ยวกับ MECP2 มานานหลายทศวรรษ แต่ข้อเท็จจริงพื้นฐานหลายประการเกี่ยวกับยีนนี้ยังคงไม่เป็นที่ทราบ โปรตีน MECP2 ซึ่งเข้ารหัสโดยยีนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการควบคุมยีน มันจับกับดีเอ็นเอและส่งผลต่อระดับการแสดงออกของยีนอื่นๆ มากมาย ซึ่งหมายถึงปริมาณโปรตีนที่ยีนเหล่านั้นสร้างขึ้น

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยไม่มีรายชื่อยีนที่ MECP2 ส่งผลกระทบครบถ้วน และไม่มีฉันทามติว่า MECP2 ส่งผลต่อยีนเหล่านี้อย่างไร

การศึกษาในระยะเริ่มแรกของ MECP2 แสดงให้เห็นว่า MECP2 เป็นตัวกดที่ลดการแสดงออกของยีนเป้าหมาย แต่การวิจัยของ Jaenisch และคนอื่นๆ ก่อนหน้านี้ได้แสดงให้เห็นแล้วว่า MECP2 ยังทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นด้วย โดยเพิ่มการแสดงออกของเป้าหมาย และอาจเป็นตัวกระตุ้นในตอนแรกก็ได้ กลไกการทำงานของ MECP2 ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด หรือโปรตีนทำหน้าที่อะไรกันแน่ที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของยีน

ข้อจำกัดทางเทคโนโลยีทำให้บรรดานักวิจัยไม่สามารถหาความกระจ่างเกี่ยวกับคำถามเหล่านี้ได้ แต่ Yanish ซึ่งเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องแล็บของเขา ชื่อ Yi Liu และอดีตสมาชิกในห้องแล็บของ Yanish ชื่อ Anthony Flamier ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่ศูนย์วิจัย CHU Sainte-Justine ที่มหาวิทยาลัยมอนทรีออล ได้ใช้แนวทางที่ล้ำสมัยเพื่อตอบคำถามที่ยังหลงเหลืออยู่เกี่ยวกับ MECP2 และได้รับข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับบทบาทของ MECP2 ต่อสุขภาพและโรคของสมอง

ผลการวิจัยของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ใน วารสาร Neuron และนักวิจัยยังได้สร้างคลังข้อมูลออนไลน์ของข้อมูล MECP2 ของพวกเขา ซึ่งก็คือพอร์ทัล MECP2-NeuroAtlas เพื่อเป็นแหล่งข้อมูลสำหรับนักวิจัยคนอื่นๆ

"ผมคิดว่าเอกสารฉบับนี้จะเปลี่ยนวิธีคิดของผู้คนเกี่ยวกับวิธีที่ MECP2 ทำให้เกิดโรค Rett อย่างสิ้นเชิง เรามีความเข้าใจใหม่โดยสิ้นเชิงเกี่ยวกับกลไกนี้ และนี่อาจเป็นแนวทางใหม่ในการพัฒนาวิธีการรักษาโรคนี้" Jaenisch ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาที่สถาบันแมสซาชูเซตส์กล่าว เทคโนโลยี

ความเข้าใจขั้นสูงเกี่ยวกับ MECP2 ในสมอง

นักวิจัยได้สร้างแผนที่โดยละเอียดว่า MECP2 เชื่อมโยงกับลำดับยีนของเซลล์ประสาทของมนุษย์ที่ใด ภายในยีนหรือในบริเวณควบคุมของ DNA ที่อยู่ใกล้ๆ พวกเขาใช้วิธีการที่เรียกว่า CUT&Tag ซึ่งสามารถตรวจจับปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนกับ DNA ได้อย่างแม่นยำสูง

นักวิจัยได้ค้นพบยีนมากกว่าสี่พันยีนที่เกี่ยวข้องกับ MECP2 พวกเขาทำแผนที่ซ้ำในเซลล์ประสาทที่มีการกลายพันธุ์ของ MECP2 ทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับกลุ่มอาการ Rett เพื่อตรวจสอบว่า MECP2 หมดลงตรงไหนในสภาวะของโรค

การรู้ว่ายีนใดที่ MECP2 ผูกไว้ทำให้ Liu และ Flamier เริ่มเชื่อมโยงระหว่างเป้าหมายของ MECP2 กับสุขภาพสมอง พวกเขาพบว่าเป้าหมายจำนวนมากเกี่ยวข้องกับการพัฒนาและการทำงานของแอกซอนและไซแนปส์ของเซลล์ประสาท

พวกเขายังเปรียบเทียบรายการเป้าหมาย MECP2 กับฐานข้อมูล Simons Foundation Autism Research Initiative (SFARI) ของยีนที่เกี่ยวข้องกับออทิสติก และพบว่า 381 ยีนในฐานข้อมูลนั้นเป็นเป้าหมาย MECP2

ที่มา: Neuron (2024) ดอย: 10.1016/j.neuron.2024.04.007

การค้นพบนี้อาจช่วยชี้แจงกลไกที่เป็นสาเหตุของอาการออทิสติกในกลุ่มอาการ Rett และเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีในการตรวจสอบบทบาทที่เป็นไปได้ของ MECP2 ในออทิสติก

"เราได้สร้างแผนที่บูรณาการครั้งแรกของอีพิจีโนมของ MECP2 ในด้านสุขภาพและโรค และแผนที่นี้สามารถเป็นแนวทางการวิจัยในอนาคตได้" Liu กล่าว "การรู้ว่ายีนใดที่เป็นเป้าหมายของ MECP2 และยีนใดที่ถูกรบกวนโดยตรงในโรค ถือเป็นพื้นฐานที่สำคัญในการทำความเข้าใจกลุ่มอาการ Rett และถามคำถามเกี่ยวกับการควบคุมยีนในเซลล์ประสาท"

นักวิจัยยังได้ตรวจสอบด้วยว่า MECP2 เพิ่มหรือลดการแสดงออกของยีนเป้าหมายหรือไม่ สอดคล้องกับประวัติของ MECP2 ที่บางคนระบุว่าเป็นตัวกระตุ้นและอีกคนระบุว่าเป็นผู้ปราบปราม Liu และ Flamier พบตัวอย่างที่ MECP2 มีบทบาททั้งสองบทบาท

อย่างไรก็ตาม แม้ว่า MECP2 มักถูกมองว่าเป็นตัวกดขี่มากกว่า แต่ Liu และ Flamier ก็พบว่าโดยหลักแล้ว MECP2 เป็นตัวกระตุ้น—ยืนยันการค้นพบก่อนหน้าของ Jaenisch และ Liu การทดลองใหม่รายการหนึ่งแสดงให้เห็นว่า MECP2 เปิดใช้งานเป้าหมายอย่างน้อย 80% และการทดลองอีกรายการหนึ่งเปิดใช้งานได้ถึง 88% ของเป้าหมาย

แผนที่ยีนเป้าหมายที่สร้างขึ้นโดยนักวิจัยให้ข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับบทบาทของ MECP2 ในฐานะตัวกระตุ้น พวกเขาพบว่าสำหรับยีนที่กระตุ้นการทำงานของ MECP2 โดยทั่วไปแล้วจะจับกับบริเวณ DNA ต้นน้ำของยีนที่เรียกว่าไซต์เริ่มต้นการถอดรหัส

นี่คือจุดที่เครื่องจักรระดับเซลล์เริ่มกระบวนการอ่านยีนเข้าไปใน RNA หลังจากนั้น RNA จะถูกแปลเป็นโปรตีนเชิงฟังก์ชัน ซึ่งเป็นผลจากการแสดงออกของยีน การมีอยู่ของ MECP2 ที่ไซต์เริ่มต้นการถอดรหัสซึ่งการแสดงออกของยีนเริ่มต้นนั้นสอดคล้องกับบทบาทของมันในฐานะตัวกระตุ้นยีน

จากนั้นนักวิจัยจึงออกเดินทางเพื่อพิจารณาว่า MECP2 มีบทบาทอย่างไรในการกระตุ้นยีน พวกเขาศึกษาว่าโมเลกุลใดที่ MECP2 จับกับที่ไซต์นี้ นอกเหนือจาก DNA และพบว่า MECP2 มีปฏิกิริยาโดยตรงกับโปรตีนเชิงซ้อนที่เรียกว่า RNA polymerase II (RNA Pol II) RNA Pol II เป็นเครื่องเซลล์สำคัญที่ถอดรหัส DNA ลงใน RNA RNA Pol II ไม่สามารถค้นหายีนได้ด้วยตัวเอง ดังนั้นจึงต้องใช้ปัจจัยร่วมจำนวนมากหรือโปรตีนที่ให้ความร่วมมือเพื่อช่วยให้มันทำงานได้

นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่า MECP2 ทำหน้าที่เป็นปัจจัยร่วมอย่างหนึ่ง โดยช่วยให้ RNA Pol II เริ่มต้นการถอดรหัสที่ยีนที่ MECP2 ผูกกัน การวิเคราะห์โครงสร้างของ MECP2 ได้ระบุส่วนของโมเลกุลที่จับกับ RNA Pol II และการทดลองอื่นๆ ได้ยืนยันว่าการสูญเสีย MECP2 ลดการมีอยู่ของ RNA Pol II ที่ไซต์เริ่มต้นการถอดรหัสที่เกี่ยวข้อง รวมถึงระดับการแสดงออกของยีนเป้าหมาย

สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่ากลุ่มอาการ Rett อาจเกิดจากการถอดรหัสยีนที่กำหนดเป้าหมายโดย MECP2 ลดลง เนื่องจากการกลายพันธุ์ใน MECP2 ที่ป้องกันไม่ให้จับกับ RNA Pol II หรือจับกับ DNA เพื่อให้สอดคล้องกับแนวคิดนี้ การกลายพันธุ์ของ MECP2 ที่พบบ่อยที่สุดที่เกี่ยวข้องกับโรคคือการตัดทอน: การกลายพันธุ์ที่ส่วนหนึ่งของโปรตีนหายไป ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงปฏิสัมพันธ์ระหว่าง MECP2 และ RNA Pol II ได้

นักวิจัยหวังว่าการค้นพบนี้ไม่เพียงแต่เปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับ MECP2 เท่านั้น แต่ความเข้าใจที่ลึกซึ้งและกว้างขึ้นว่า MECP2 ส่งผลต่อการพัฒนาและการทำงานของสมองอย่างไร อาจนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ ที่จะช่วยผู้ที่เป็นโรค Rett และความผิดปกติที่เกี่ยวข้อง รวมถึง ออทิสติก

“โครงการนี้เป็นตัวอย่างที่ดีเยี่ยมของลักษณะการทำงานร่วมกันของงานของห้องปฏิบัติการ Jaenisch” Flamier กล่าว "Rudolph และ Yi มีปัญหาเฉพาะกับ Rett Syndrome และฉันมีประสบการณ์กับเทคโนโลยี CUT&Tag ที่สามารถแก้ปัญหานี้ได้ จากการสนทนา เราตระหนักว่าเราสามารถรวมความพยายามของเรา และตอนนี้เรามีที่เก็บข้อมูลที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับ MECP2 และความเชื่อมโยงกับโรค"