Creierul este deseori numit o „cutie neagră” în care este dificil să priveşti şi să determini ce se întâmplă în interior la un moment dat. Acesta este unul dintre motivele pentru care este greu de aflat interacţiunea complexă a moleculelor, celulelor şi genelor care stau la baza tulburărilor neurologice. Dar o nouă metodă de screening CRISPR, dezvoltată la Institutul Scripps Research, are potenţialul de a descoperi noi ţinte terapeutice şi tratamente pentru aceste afecţiuni.
Metoda, prezentată într-un studiu publicat luni, în revista Cell, oferă o modalitate de a examina rapid tipurile de celule cerebrale legate de genele cheie ale dezvoltării, la o scară care nu a mai fost realizată până acum - ajutând la desluşirea factorilor genetici şi celulari ai diferitelor boli neurologice.
„Ştim că anumite mutaţii din genomul nostru ne pot face vulnerabili sau rezilienţi faţă de diferite boli, dar ce tipuri de celule specifice se află în spatele unei boli? Ce regiuni ale creierului sunt sensibile la mutaţiile genomului din acele celule? Acestea sunt tipurile de întrebări la care încercăm să răspundem", spune într-un articol autorul principal Xin Jin, lector universitar în cadrul Departamentului de Neuroştiinţe de la Scripps Research.
„Cu ajutorul acestei noi tehnologii, dorim să construim o imagine mai dinamică pe regiuni ale creierului, pe tipuri de celule, pe timpii de dezvoltare a bolii şi să începem cu adevărat să înţelegem cum a apărut boala - şi cum să proiectăm intervenţii”, precizează autorul.
Mulţumită eforturilor depuse timp de peste un deceniu în domeniul geneticii umane, oamenii de ştiinţă au avut acces la liste lungi de modificări genetice care contribuie la o serie de boli umane, dar a şti cum o genă provoacă o boală este foarte diferit de a şti cum se poate trata boala în sine.
Fiecare genă de risc poate avea un impact asupra unuia sau mai multor tipuri de celule diferite. Înţelegerea modului în care aceste tipuri de celule - şi chiar celule individuale - influenţează o genă şi afectează evoluţia bolii este esenţială pentru ca oamenii de ştiinţă să înţeleagă cum să trateze în cele din urmă boala respectivă.
Acesta este motivul pentru care echipa a inventat noua tehnică, numită in vivo Perturb-seq. Această metodă valorifică tehnologia CRISPR-Cas9 şi analiza transcriptomică a unei singure celule, pentru a măsura impactul acesteia asupra unei celule: o celulă la un moment dat.
Cu ajutorul CRISPR-Cas9, oamenii de ştiinţă pot efectua modificări precise ale genomului în timpul dezvoltării creierului şi apoi pot studia îndeaproape modul în care aceste modificări afectează celulele individuale folosind analiza transcriptomică monocelulară - pentru mii de celule în paralel.
„Noul nostru sistem poate măsura răspunsul celulelor individuale după perturbări genetice, ceea ce înseamnă că putem contura o imagine a faptului dacă anumite tipuri de celule sunt mai sensibile decât altele şi reacţionează diferit atunci când apare o anumită mutaţie”, explică Jin.
Anterior, metoda de introducere a perturbaţiilor genetice în ţesutul cerebral era foarte lentă, necesitând adesea zile sau chiar săptămâni, ceea ce crea condiţii suboptime pentru studierea funcţiilor genice legate de dezvoltarea neurologică.
Noua metodă de screening permite exprimarea rapidă a agenţilor de perturbare în celule vii în 48 de ore - ceea ce înseamnă că oamenii de ştiinţă pot vedea rapid cum funcţionează anumite gene în diferite tipuri de celule într-un timp foarte scurt.
Metoda permite, de asemenea, un nivel de scalabilitate care era imposibil de atins anterior - echipa de cercetare a reuşit să realizeze profilul a peste 30.000 de celule într-un singur experiment, de 10-20 de ori mai rapid decât în cazul abordărilor tradiţionale.
În multe dintre regiunile cerebrale pe care le-au examinat, cum ar fi cerebelul, au reuşit să colecteze zeci de mii de celule la care metodele de etichetare anterioare nu puteau ajunge.
În cadrul unui studiu pilot care a utilizat această nouă tehnologie, interesul echipei a fost stârnit atunci când au văzut că o perturbare genetică provoacă efecte diferite în diferite tipuri de celule. Acest lucru este important, deoarece tipurile de celule afectate sunt locurile de acţiune pentru anumite boli sau variante genetice.
„În ciuda reprezentărilor lor populaţionale mai mici, unele tipuri de celule puţin abundente pot avea un impact mai puternic decât altele în caz de perturbare genetică, iar atunci când analizăm sistematic alte tipuri de celule pe mai multe gene, observăm tipare. De aceea, rezoluţia monocelulară - a fi capabili să studiem fiecare celulă şi modul în care se comportă fiecare dintre ele - ne poate oferi o viziune sistematică", a explicat Jin.
Cu noua tehnologie la îndemână, echipa de la Colegiul medical Penn intenţionează să o aplice pentru a înţelege mai bine afecţiunile neuropsihiatrice şi modul în care anumite tipuri de celule corespund diferitelor regiuni ale creierului.
În continuare, cercetătorii americani spun că sunt entuziasmaţi să aplice această tehnologie şi la alte tipuri de celule din organele corpului uman pentru a înţelege mai bine o gamă largă de boli în ceea ce priveşte dezvoltarea ţesuturilor şi îmbătrânirea.
Foto articol: Vedere a creierului cu expresia perturbată. Credit: Scripps Research, 20 mai 2024.
