Найден подход к лечению одной из форм РАС

У человека мутации в гене Cullin3 вызывают расстройства аутистического спектра. Ученые из Австрии и Италии исследовали молекулярный механизм его патогенеза на мышах. Нарушения развития мозга связаны с замедлением миграции нейронов, которое, в свою очередь, вызвано нарушением строения актинового цитоскелета. Фенотип клеток с мутацией в гене Cullin3 можно нормализовать с помощью CRISPR-системы.

Credit:
Rostislav Zatonskiy | 123rf.com

De novo мутации в гене E3 убиквитинлигазы Cullin3 (CUL3), которые приводят к потере функции фермента, вызывают расстройства аутистического спектра (РАС) у человека. E3 убиквитинлигазы участвуют в деградации белков. Для пациентов с РАС, вызванным мутацией в гене CUL3, характерны также умственная отсталость, синдром дефицита внимания и гиперактивности, нарушение сна и патологии опорно-двигательного аппарата, эпилепсия. До сих пор было неизвестно, какую роль играет CUL3 в развитии центральной нервной системы. Ученые из Австрии и Италии показали, что он регулирует миграцию нейронов и формирование коры мозга.

Сначала исследователи создали мышиную модель с нокаутом CUL3 в гетерозиготе (Cul3+/−). Уровень белка Cul3 в мозге у таких мышей на 50% ниже, чем у животных дикого типа. Гомозиготная мутация летальна. Для Cul3+/− мышей характерны нарушения движения и координации, а также социального поведения и познавательных способностей. Однако если нокаут производили у взрослых мышей, то они практически не отличались от контролей. Следовательно, активность Cul3 важна именно во время развития мозга.

У Cul3+/− мышей меньше толщина коры мозга; также нарушено формирование слоев коры. Исследователи показали, что это связано с нарушением миграции нейронов во время развития мозга: радиально мигрирующие нейроны в коре двигаются медленнее и преодолевают меньшее расстояние. Также у Cul3+/− мышей нарушена активность нейронной сети.

Далее изучили молекулярные механизмы найденных нарушений. Для этого провели протеомный анализ коры мозга мышиных эмбрионов. Особое внимание уделили белкам цитоскелета. Ученые идентифицировали белок пластин-3 (Pls3), который накапливается у Cul3+/− мышей, при этом уровень его мРНК снижен.

На клеточной линии мышиной меланомы B16-F1 исследователи подтвердили, что уровень Pls3 влияет на миграцию: при нокауте Pls3 клетки двигаются быстрее и преодолевают большее расстояние, чем клетки дикого типа. Оверэкспрессия Pls3 дает обратный эффект, клетки двигаются медленнее.

Pls3 — это актин-связывающий белок. Снижение уровня Cul3 приводит к нарушению организации актина на переднем краю движущейся клетки, при этом организация микротрубочек не затронута. Оверэкспрессия Pls3 так же изменяет строение актинового цитоскелета, как и мутация в гене CUL3. Эти нарушения могут объяснить замедление миграции нейронов.

Авторы исследования нашли способ привести к норме фенотип клеток-предшественников нейронов с de novo мутацией в гене CUL3. Для этого они увеличили экспрессию незатронутого мутацией аллеля CUL3 с помощью CRISPR-системы CRISPRa. Cas9 белок, не разрезающий ДНК и сшитый с транскрипционным активатором, садится на рабочую аллеть и стимулирует экспрессию. Cul3+/− клетки, экспрессирующие CRISPRa, мигрируют с такой же скоростью и на те же дистанции, что и клетки дикого типа. Уровень Pls3 также нормализуется.

Таким образом, ученые показали молекулярный механизм, приводящий к развитию РАС при наличии мутации в гене CUL3. Также они доказали принципиальную возможность нормализации фенотипа методами генной инженерии. Авторы работы надеются, что дальнейшие исследования белка Pls3 приведут к разработке лекарственной терапии, которая могла бы облегчить симптомы пациентов с мутацией в CUL3.

Источник

Morandell J., et al. // Cul3 regulates cytoskeleton protein homeostasis and cell migration during a critical window of brain development // Nature Communications, 12, 3058 (2021), published May 24, 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-23123-x

Добавить в избранное

Вам будет интересно