Обнаружены новые гены, связанные с хореей Хантингтона

Нейробиологи из Массачусетского технологического института провели генетический скрининг и идентифицировали гены, необходимые для выживания нейронов. Они сравнили результаты скрининга функций генов в центральной нервной системе у нормальных мышей и у мышей с моделью хореи Хантингтона — тяжелого наследственного заболевания, для которого не существует специфического лечения. Была обнаружена ранее неизвестная функция гена Nme1: выяснилось, что экспрессируемый с него белок защищает нейроны от токсического воздействия мутантной версии белка хантингтина. Исследователи считают гены семейства Nme перспективной мишенью для лекарственного воздействия.

Ранее другие исследовательские группы выключали отдельные гены в разных модельных организмах, чтобы выявить их влияние на выживание клеток, но авторы статьи впервые провели полногеномный скрининг в мозге мыши. Основное затруднение для проведения такого эксперимента заключалось в том, чтобы доставить в центральную нервную систему молекулярную машинерию, необходимую для генетических манипуляций.

Для проведения такого масштабного скрининга ученые разработали библиотеки генетического материала, которые можно использовать для отключения каждого из 22 тысяч генов, экспрессирующихся в ЦНС. Одна из этих библиотек содержит малые образующие шпильки РНК (shRNA), которые связываются с мРНК гена и блокируют его функцию (нокдаун гена). Другая использует CRISPR для поломки или удаления определенных генов в ДНК клеток (нокаут). Эти молекулы доставляются упакованными в частицы лентивирусов, каждая из которых содержит один элемент, нацеленный на один ген, и молекулярный баркод.

Чтобы обеспечить выключение каждого из 22 тысяч генов хотя бы один раз, исследователи вводили от 80 000 до 100 000 вирусных частиц в мозг каждой мыши. Они решили сосредоточиться на введении вирусов в полосатое тело (стриатум), так как эта область мозга повреждается при болезни Хантингтона сильнее всего. Полосатое тело участвует в регуляции двигательного контроля, познания и эмоций, и нарушения его работы ассоциированы также с болезнью Паркинсона, аутизмом и наркоманией.

Приблизительно через семь месяцев после инъекции исследователи секвенировали всю геномную ДНК в нейронах полосатого тела. В основе исследования лежала идея о том, что если ген необходим для выживания нейронов, то клетка, в которую проник вирус и выключил этот ген, погибнет. Поэтому баркоды таких вирусов будут реже обнаруживаться в общей популяции клеток.

Исследователи провели такой скрининг на мышах дикого типа и на двух разных мышиных моделях болезни Хантингтона. Когда у мышей с болезнью Хантингтона какие-либо элементы shRNA или CRISPR встречаются реже, это говорит о вовлеченности этого гена в защиту нейронов от токсического воздействия мутантной формы хантингтина.

Скрининг выявил новые лекарственные мишени для борьбы с хореей — гены семейства Nme. Ранее было обнаружено, что они ассоциированы с метастазированием рака, но про их связь с болезнью Хантингтона было неизвестно. Один из этих генов, Nme1, регулирует экспрессию других генов, и авторы статьи также показали, что при оверэкспрессиии гена Nme1 у мышей снижается проявление симптомов болезни Хантингтона.

«Это очень нас впечатлило, ведь этот белок теоретически может стать лекарственной мишенью, — говорит Мириам Хейман, профессор MIT и автор статьи. — Если мы увеличим его активность при помощи малой молекулы, возможно, мы сумеем имитировать эффект оверэкспрессии гена».