Timp de 30 de ani, cercetătorii au ştiut că boala Huntington este cauzată de o mutaţie genetică moştenită, dar nu aflaseră cum această mutaţie duce la moartea celulelor creierului. Acum, noi descoperiri dezvăluie un mecanism de bază surprinzător care sugerează potenţiale modalităţi de a întârzia sau chiar preveni boala.
O descoperire recentă aruncă o lumină asupra cauzelor bolii Huntington, o tulburare cerebrală devastatoare şi fatală care loveşte în floarea vârstei, provocând distrugerea şi moartea celulelor nervoase din anumite părţi ale creierului.
Oamenii de ştiinţă de la Institutul Broad MIT , facultatea de medicină Harvard şi spitalul McLean au descoperit un mecanism surprinzător prin care mutaţia genetică ereditară cunoscută drept cauza bolii Huntington duce la moartea celulelor creierului.
Descoperirile schimbă modul de înţelegere a acestei afecţiunii neurodegenerative fatale şi sugerează potenţiale modalităţi de întârziere sau chiar prevenire a acesteia.
Cercetătorii care au studiat celulele cerebrale ale pacienţilor cu boala Huntington arată că mutaţia, care se modifică de-a lungul deceniilor, devine toxică abia mai târziu în viaţă.
„Este un mod cu adevărat diferit de a gândi despre felul în care boala se dezvoltă din gene şi genetică”, a declarat joi într-un comunicat, după publicarea rezultatelor, coautorul principal Steve McCarroll, „şi credem că se va aplica dincolo de boala Huntington”.
Boala Huntington ucide o populaţie de celule numite neuronii striatali de proiecţie, care sunt localizaţi în striatum, o structură din profunzimea creierului responsabilă de mişcare, multe funcţii cognitive şi motivaţie. Atunci când un număr mare de astfel de celule mor, pacienţii dezvoltă mişcări involuntare la nivelul braţelor, picioarelor şi feţei, iar mulţi pacienţi dezvoltă şi probleme cognitive. Aceste simptome debutează, de obicei, la mijlocul vieţii şi apoi evoluează în decurs de 10 până la 20 de ani către probleme cognitive mai grave şi dificultăţi de mişcare sau înghiţire.
Mutaţia genetică legată de boala Huntington este cunoscută de mult timp, însă oamenii de ştiinţă nu au înţeles cum pot unele persoane să aibă mutaţia de la naştere, dar să nu dezvolte nicio problemă de sănătate până mai târziu în viaţă.
„Se ştiau multe despre boala Huntington înainte de a începe această activitate, dar existau lacune şi inconsecvenţe în înţelegerea noastră colectivă”, spune Bob Handsaker, cercetător ştiinţific. „Am reuşit să punem cap la cap întreaga traiectorie a patologiei pe măsură ce aceasta se desfăşoară de-a lungul deceniilor în neuronii individuali, iar acest lucru ne oferă potenţial multe momente diferite la care putem interveni terapeutic”.
Noile cercetări arată că mutaţia este, în mod surprinzător, inofensivă timp de decenii, dar ea se dezvoltă în linişte într-o mutaţie mai mare – până când, în cele din urmă, trece un prag, generează proteine toxice şi ucide celulele în care s-a extins.
„Enigma în domeniul nostru a fost: De ce avem o tulburare genetică care se manifestă mai târziu în viaţă, dacă gena este prezentă la concepţie?”, spune dr. Mark Mehler, care conduce Institutul pentru Tulburări Cerebrale şi Regenerare Neuronală de la Colegiul de Medicină Albert Einstein şi care nu a fost implicat în cercetare.
El a numit cercetarea un studiu „de referinţă” şi a spus că „abordează o mulţime de probleme care au afectat domeniul pentru o lungă perioadă de timp”.
Moartea celulelor cerebrale duce în cele din urmă la probleme de mişcare, gândire şi comportament. Simptomele bolii Huntington – care includ mişcări involuntare, mers nesigur, schimbări de personalitate şi tulburări de judecată – încep de obicei între 30 şi 50 de ani, agravându-se treptat în decurs de 10 până la 25 de ani.
Echipa de la Istitutul Broad MIT şi spitalul universitar Harvard au studiat ţesutul cerebral donat de 53 de persoane cu boala Huntington şi 50 fără această boală, colectat şi conservat de HBTRC, analizând o jumătate de milion de celule individuale.
Ei s-au concentrat asupra mutaţiei Huntington, care implică o porţiune de ADN într-o anumită genă în care o secvenţă de trei litere – CAG – se repetă de cel puţin 40 de ori. La persoanele care nu suferă de această boală, această secvenţă se repetă doar de 15 până la 35 de ori.
Cercetătorii au constatat că majoritatea tipurilor de celule de la persoanele cu boala aveau în esenţă aceeaşi repetiţie CAG pe care o moşteniseră, dar neuronii de proiecţie striatală – celulele striatale primare care mor în timpul bolii – şi-au extins foarte mult traseele de repetiţii CAG. Majoritatea cercetărilor anterioare asupra ţesutului cerebral uman s-au axat pe tracturi de repetiţii CAG cu mai puţin de 100 de repetiţii, dar noul studiu a arătat că unii neuroni aveau până la 800 de repetiţii CAG, confirmând o descoperire făcută acum 20 de ani de Peggy Shelbourne de la Universitatea din Glasgow.
În 1993, cercetătorii au descoperit că boala este cauzată de o porţiune extinsă de secvenţe CAG în gena HTT (huntingtină), dar întrebările asupra biologiei de bază au persistat întotdeauna: Cum este toxică mutaţia HTT? De ce proteina HTT – care apare în aproape fiecare celulă din organism – ar ucide doar unele celule ale creierului şi nu altele? Şi de ce pacienţii, care se nasc cu mutaţia şi exprimă proteina pe tot parcursul vieţii, dezvoltă simptome abia la vârsta mijlocie, după decenii de sănătate aparent bună?
Pentru a răspunde la aceste întrebări, echipa de cercetare s-a bazat pe o tehnologie pe care laboratorul a dezvoltat-o în urmă cu un deceniu, numită secvenţiere ARN unicelulară în picături (Drop-seq), care permite cercetătorilor să analizeze expresia genelor în mii de celule individuale. Căutând să înţeleagă efectele biologice directe ale lungimii repetiţiei CAG, cercetătorii au adaptat secvenţierea ARN pe o singură celulă pentru a-i ajuta să determine nu numai expresia genică şi identitatea celulelor individuale, ci şi lungimea traiectoriilor repetate de ADN din interiorul fiecărei celule.
„Se ştie că aceste repetiţii se extind în neuroni”, explică Seva Kashin, inginer principal senior de software. „Dar capacitatea de a lua o anumită celulă şi de a măsura atât lungimea CAG, cât şi profilul transcripţional – aceasta este o bază foarte importantă care a permis o analiză foarte puternică”.
În recentul studiu, cercetătorii au descoperit că secţiunile de ADN cu 40 sau mai multe astfel de „repetări” se extind în timp până când ajung să aibă sute de secvenţe CAG. Extinderea repetiţiei ADN de la 40 la 150 CAG nu a avut niciun efect aparent asupra sănătăţii neuronilor, însă odată ce lanţurile CAG ating un prag de aproximativ 150 de secvenţe, anumite tipuri de neuroni prezintă o expresie genică foarte distorsionată, pierzând expresia genelor critice, şi apoi se îmbolnăvesc şi mor.
Descoperirile „au fost cu adevărat surprinzătoare, chiar şi pentru noi”, spune Steve McCarroll, de la MIT şi coautor principal al studiului, publicat joi în revista Cell.
Echipa de cercetare a estimat că tracturile repetate cresc lent în primele două decenii de viaţă, apoi rata se accelerează dramatic când ajung la aproximativ 80 de secvenţe CAG.
„Cu cât repetiţiile sunt mai lungi, cu atât debutul va avea loc mai devreme în viaţă”, a precizat cercetătorul în neuroştiinţe Sabina Berretta, unul dintre autorii principali ai studiului.
Unii oameni de ştiinţă au fost iniţial sceptici atunci când rezultatele au fost împărtăşite la conferinţe, deoarece lucrările anterioare au arătat că expansiunile repetate în intervalul de 30 până la 100 CAG erau necesare – dar nu suficiente – pentru a provoca boala Huntington.
McCarroll a fost de acord că 100 sau mai puţine secvenţe CAG nu sunt suficiente pentru a declanşa boala, dar a declarat că studiul său a constatat că expansiunile cu cel puţin 150 de secvenţe CAG sunt.
Cercetătorii speră că aceste descoperiri îi vor ajuta pe oamenii de ştiinţă să găsească modalităţi de a întârzia sau preveni această boală devastatoare incurabilă, care afectează aproximativ 41.000 de americani şi care este tratată în prezent cu medicamente pentru gestionarea simptomelor.
Recent, medicamentele experimentale concepute pentru a reduce nivelurile proteinei produse de gena Huntington mutantă au avut dificultăţi în cadrul testelor. Noile descoperiri sugerează că acest lucru se datorează faptului că puţine celule au versiunea toxică a proteinei la un moment dat.
Încetinirea sau oprirea expansiunii repetiţiilor ADN ar putea fi o modalitate mai bună de a viza boala, au afirmat cercetătorii. Deşi nu există nicio garanţie că asta ar putea opri boala Huntington, McCarroll a menţionat că „multe companii au început sau extind programele de cercetare pentru a încerca să facă acest lucru”.
Posibilităţi terapeutice
Echipa sugerează că, mai degrabă decât să vizeze proteina HTT, o abordare terapeutică complementară sau potenţial mai bună ar putea fi încetinirea sau oprirea expansiunii repetiţiilor ADN, ceea ce ar putea ajuta la întârzierea sau chiar prevenirea bolii.
Studiile genetice anterioare privind boala Huntington, inclusiv studiile realizate de spitalul Massachusetts General, indică posibile modalităţi de a încetini această expansiune.
Studiile au arătat că proteinele celulare implicate în menţinerea şi repararea ADN-ului subminează uneori stabilitatea traiectoriilor cu repetiţii ADN.
De exemplu, proteina MSH3 ajută în mod normal celula să îşi monitorizeze ADN-ul pentru potenţiale mutaţii, dar buclele din ADN formate de secvenţe CAG suplimentare pot deruta această proteină în extinderea repetiţiei CAG.
O echipă internaţională de geneticieni umani a descoperit că variaţiile genetice comune ale genelor care codifică aceste proteine de reparare a ADN-ului pot grăbi sau întârzia apariţia simptomelor la pacienţii cu boala Huntington – descoperiri care, potrivit echipei, au inspirat în mod direct eforturile de a dezvolta modalităţi de măsurare a repetiţiei CAG în celule individuale.
Autorii spun că încetinirea anumitor procese de întreţinere a ADN-ului cu ajutorul unei terapii moleculare ar putea încetini expansiunea repetiţiilor ADN, permiţând altor mecanisme de reparare a ADN-ului mai puţin predispuse la erori să rezolve aceste bucle.
Între timp, cercetătorii încearcă să înţeleagă modul în care traiectoriile de repetiţii ADN mai lungi de 150 CAG conduc la afectarea şi moartea neuronilor şi de ce repetiţiile se extind mai mult în anumite tipuri de neuroni decât în altele. Aceştia utilizează, de asemenea, o combinaţie similară de secvenţiere a ARN pe o singură celulă împreună cu profilarea repetiţiilor ADN pentru a înţelege legătura dintre expansiunea repetiţiilor ADN şi modificările celulare în alte tulburări genetice care implică repetiţii ADN şi debutul târziu la pacienţi.
Mai mult de 50 de tulburări ale creierului uman, inclusiv sindromul X fragil şi distrofia miotonică, sunt cauzate de expansiuni ale repetiţiilor ADN în diferite gene.
„Va fi nevoie de multă muncă ştiinţifică din partea multor oameni pentru a ajunge la tratamente care încetinesc expansiunea repetiţiilor ADN”, spune McCarroll. „Dar avem speranţa că înţelegerea acestui proces ca fiind motorul central al bolii va duce la o concentrare profundă şi la noi opţiuni (n.r. de tratament)”.
În mod surprinzător, echipa de cercetare a constatat că extinderea repetiţiei ADN de la 40 la 150 CAG nu a avut niciun efect aparent asupra sănătăţii neuronilor. Dar neuronii ale căror repetiţii depăşeau 150 CAG au prezentat o expresie genică foarte distorsionată, pierzând expresia genelor cheie şi apoi murind. Studiul a fost parţial finanţat de Institutul Medical Howard Hughes, o organizaţie care susţine, de asemenea, departamentul de sănătate şi ştiinţă al Associated Press. Credit. Institutul Broad MIT, 16 ianuarie 2025
