Найдена потенциальная терапевтическая мишень при синдроме ломкой X-хромосомы

Для синдрома ломкой X-хромосомы характерны умственная отсталость, дефицит внимания, социальные расстройства и аутистические черты. Причина — мутации в гене FMR1; обычно это экспансия CGG-повторов в 5’-нетранслируемой области промотора. В результате ген перестает экспрессироваться, продукт гена FMRP почти полностью исчезает. FMRP — мРНК-связывающий белок, который регулирует трансляцию порядка 1200 мРНК, включая важные для нейроразвития и работы синапсов. Специфического лечения у синдрома нет.

Исследователи из Канады и США выяснили, как потеря FMRP влияет на транслятом (совокупность транслируемых в клетке мРНК) возбуждающих и тормозных нейронов мышей. Они использовали RiboTag и RNA-seq, чтобы изолировать и секвенировать транслируемые мРНК в тормозных нейронах, экспрессирующих Pvalb, и возбуждающих нейронах, экспрессирующих Camk2a. Образцы мозга отбирали в первичной соматосенсорной коре (S1) и в первичной зрительной коре (V1) мышей дикого типа или животных с нокаутом Fmr1.

В возбуждающих нейронах мышей с нокаутом Fmr1 авторы выявили 3045 дифференциально экспрессируемых генов (ДЭГ), включая Atmin, Setd2 и Ank3. В интернейронах, экспрессирующих Pvalb, было выявлено 537 ДЭГ, включая Atmin, Arghap35 и Cacna1i. Последний связан с расстройствами аутистического спектра (РАС) и нарушениями нейроразвития.

ДЭГ возбуждающих нейронов были связаны со сплайсингом РНК/процессированием мРНК, ремоделированием хроматина, аутофагией (среди генов, экспрессируемых более активно), регуляцией фосфорилирования белков, метаболизмом пуриновых нуклеозидов и аксоногенезом (среди экспрессируемых менее активно). У тормозных нейронов в группу со сниженной экспрессией входили гены, связанные с передачей сигналов Ras/GTPase, реакцией на стресс эндоплазматического ретикулума и инсулиновым сигналингом, в группу с повышенной экспрессией — только связанные с созреванием фагосомы.

В целом в тормозных нейронах было больше генов, экспрессия которых снижалась при нокауте Fmr1, в возбуждающих — генов, экспрессия которых возрастала. То есть эффекты нокаута в этих нейронах различались.

ДЭГ сравнили с генами-мишенями FMRP и генами, связанными с нарушениями нейроразвития (1859 генов). Оказалось, что нейронах, экспрессирующих Camk2a, ДЭГ с растущей экспрессией пересекались с этими двумя группами генов, а в нейронах, экспрессирующих Pvalb, с ними пересекались ДЭГ со снижающейся экспрессией.

Авторы выделили ген Rapgef4, экспрессия которого возрастала при нокауте Fmr1 в обоих типах нейронов и в обеих областях мозга. Он же был связан с нарушениями нейроразвития и являлся мишенью FMRP. Ген Rapgef4 кодирует EPAC2, эффектор цАМФ и фактор обмена гуаниновых нуклеотидов, который активирует белки, связанные с RAP1/2, и другие сигнальные пути.

Рост уровня экспрессии EPAC2 связан с нарушением баланса работы возбуждающих и тормозных нейронов. С помощью специфичного ингибитора — ESI-05 — авторы воздействовали на EPAC2. Эта малая молекула обладает хорошей биодоступностью и может проникать через гематоэнцефалический барьер. Мыши с нокаутом Fmr1, которым дали ESI-05, вели себя спокойнее, они начинали изучать новые объекты и взаимодействовать с незнакомыми мышами. На мышей дикого типа вещество не повлияло. EPAC2 экспрессируется почти исключительно в мозге, так что риск развития побочных эффектов снижен.

Буметанид влияет на поведение мышей с синдромом ломкой X-хромосомы