Holoprozencefalia (HPE) este o malformaţie a creierului care se produce în primele 5-6 săptămâni de gestaţie. Boala afectează unul până la patru din fiecare 1.000 de nou-născuţi şi apare atunci când emisferele cerebrale ale creierului embrionar nu reuşesc să se dividă sau se divid doar parţial.
Este cea mai frecventă malformaţie a creierului embrionar uman şi este asociată cu desfigurări faciale, care afectează structurile feţei: ochii, gura sau nasul. Cea mai severă este ciclopia, adică existenţa unui singur ochi şi al unui nas rudimentar (doar orificiile nazale), cea mai uşoară este despicarea buzei sau a palatului dur („cerul“ gurii).
Majoritatea fetuşilor afectaţi mor înainte de naştere, iar pentru bebeluşii care se nasc cu această malformaţie prognosticul este rezervat, în formele cele mai severe decesul survenind în primul an de viaţă.
Cauzele exacte ale HPE nu sunt pe deplin cunoscute, însă pe lista factorilor de risc posibili, specialiştii includ factorii poluanţi din mediu, boli ale mamei în timpul sarcinii şi mutaţiile aşa-numitei căi de semnalizare Sonic Hedgehog (SHH), care controlează dezvoltarea embrionară a organelor şi a sistemului nervos.
Defectele genetice şi pierderea funcţiei LRP2, un coreceptor a SHH, duc la defecte cerebrale care se manifestă foarte diferit.
„Am vrut să ştim de ce severitatea acestei boli variază atât de mult. În timp ce unii suferinzi nu au sau prezintă doar simptome uşoare, alţii trebuie să trăiască cu deformări severe, chiar şi în cazul în care pacienţii sunt înrudiţi, prin urmare, am putut presupune că boala este cauzată de aceeaşi mutaţie genetică“, spune doctorul Annette Hammes, şefa laboratorului de Dezvoltarea Corticală Moleculară, de la Centrul pentru Medicină Moleculară Max Delbrück a Asociaţiei Helmholtz (Molecular Pathways in Cortical Development Lab, MDC).
Pentru multă vreme, cercetătorii au presupus că există gene care influenţează pozitiv această malformaţie sau chiar o împiedică cu totul.
Echipa doctorului Hammes a identificat doi posibili candidaţi, respectiv genele ULK4 şi PTTG1, cunoscute şi sub numele de securin.
ULK4 este o genă care a fost până acum asociată cu schizofrenia şi tulburarea bipolară, în timp ce PTTG1 este cercetată în principal în legătură cu cancerul.
După nouă ani de studiu, echipa a anunţat că a ajuns la „punctul culminant al cercetării" şi a explicat în revista Development, modul în care aceste două proteine pot restabili ceea ce specialiştii au botezat, calea Sonic Hedgehog afectată.
În prealabil, doctorul Hammes şi echipa ei, împreună cu profesorul neurolog Thomas Willnow de la laboratorul MDC studiaseră timp de mai mulţi ani şoarecii cu mutaţii LRP2.
„Ştim că LRP2 influenţează formarea tubului neural în embriogeneza timpurie, din care se dezvoltă mai târziu sistemul nervos. Fără LRP2, calea SHH nu este suficient activată şi malformaţiile tubului neural apar într-un stadiu foarte incipient al sarcinii, ducând adesea la avort spontan“, spune profesorul Willnow.
Oamenii de ştiinţă au observat rezultate surprinzătoare ale mutaţiilor genei LRP2 pe tulpinile de şoareci atunci când au încrucişat tulpina black6 cu o tulpina albă.
Astfel, descendenţii acoperiţi cu alb nu au prezentat malformaţii ale creierului sau feţei, în ciuda faptului că aveau o mutaţie în co-receptorul SHH LRP2. Echipa a concluzionat că trebuie să existe alţi factori care influenţează calea SHH şi şi-a propus să-i găsească.
Pentru a face acest lucru, cercetătorii au crescut mai întâi diferite tulpini de şoareci şi au examinat animalele pentru caracteristicile bolii, căile de semnalizare şi genotip (materialul genetic).
Apoi au secvenţiat şi analizat ARN-ul celulelor embrionare ale diferitelor tulpini, folosind metode cu randament ridicat. Ei au descoperit că, în ciuda faptului că au o secvenţă similară a genomului, celulele au transcriptome complet diferite, ceea ce înseamnă că genele sunt citite foarte diferit.
„Amploarea diferenţelor chiar şi între tulpinile sălbatice ale celor două tipuri de şoareci în acest stadiu incipient de dezvoltare embrionară ne-a surprins cu adevărat“, spune doctorul Nora Mecklenburg, unul dintre co-autorii cercetării.
După efectuarea unor studii suplimentare, cercetătorii au descoperit că în mutaţiile LRP2 la şoarecii hibrizi proveniţi din tulpinile albe, precum şi în tulpinile sălbatice, anumite gene, inclusiv ULK4 şi PTTG1, sunt puternic în creştere, în comparaţie cu tulpinile black6.
Pentru a vedea dacă acest lucru afectează calea SHH, echipa de cercetători a introdus genele în celulele care nu prezentau funcţia LRP2. Ei au observat că acestea stimulează în mod semnificativ calea de semnalizare Sonic Hedgehog. Concluzia lor a fost că mai multe ULK4 şi PTTG1 sunt produse în mutanţiile LRP2 cu strămoşi în tulpina şoarecelui alb. Cele două gene compensează lipsa LRP2 şi restabilesc o cale SHH suficient de puternică încât să prevină apariţia malformaţiilor.
Această constatare pune genele bolii, ULK4 şi PTTG1, într-o lumină complet nouă şi arată că în timp ce nivelurile ridicate de expresie pot declanşa boli în organismul adult, ele pot influenţa pozitiv dezvoltarea unui embrion.
Oamenii de ştiinţă au reuşit, de asemenea, să stabilească cu exactitate poziţia din care aceşti factori amplifică calea SHH, proiecţiile de tip antenă ale celulelor neuroepiteliale, care căptuşesc interiorul tubului neural.
"Faptul că am identificat aceste gene care modulează calea SHH la şoareci ne duce cu un pas mai departe în studiul holoprozencefaliei, dar şi a altor boli genetice. Cu aceste cunoştinţe, putem găsi chiar o modalitate de a le preveni", spune doctorul Hammes.
Cercxetătorii admit, însă, că mai este un drum lung de parcurs până atunci, iar următorul pas ar fi să exploreze ce rol joacă modificatorii căii SHH, nu doar în timpul dezvoltării embrionare, ci şi în creierul adult,
Oamenii de ştiinţă au localizat deja gena PTTG1 în citoscheletul neuronilor, o reţea proteică în citoplasmă, care dă stabilitatea celulelor. Echipa investighează în prezent ce rol joacă gena în acest amplasament.
