Переключение изоформ гена MeCP2 как новый подход к терапии синдрома Ретта

Синдром Ретта — тяжелое неврологическое заболевание, которое развивается из-за мутаций с потерей функции в гене MECP2, сцепленном с X-хромосомой. Чаще всего от синдрома Ретта страдают девочки. При наличии мутации с потерей функции в MECP2 мальчики погибают в младенчестве, но, если функция частично сохраняется, они живут дольше. Несмотря на тяжесть симптомов, нейроны при синдроме не погибают. В экспериментах на мышах было показано, что состояние можно нормализовать, вводя в геном рабочую копию гена MECP2. Даже оверэкспрессия мутантного MECP2, у которого частично сохраняется функция, может нормализовать фенотип мышей. Это важно, так как функция гена частично сохраняется у 65% пациентов с синдромом Ретта.

Тем не менее, мозг очень чувствителен к дозе белка MeCP2. Потеря MeCP2 ведет к синдрому Ретта, а избыток — к синдрому дупликации MECP2. Так что при терапии синдрома Ретта нужно избежать экспрессии слишком большого количества MeCP2. Исследователи из США предложили новый способ умеренно увеличить уровень MeCP2 через альтернативный сплайсинг MECP2.

В гене MECP2 находится 4 экзона, в результате альтернативного сплайсинга получаются 2 изоформы: MECP2-e1, включающая экзоны 1, 3 и 4, и MECP2-e2, которая включает все четыре экзона. Доминирует изоформа MECP2-e1. Белок MeCP2-E1 транслируется с ATG в экзоне 1, тогда как белок MeCP2-E2 транслируется с ATG в экзоне 2, в результате чего E1 и E2 имеют разные N-концы, но идентичные функциональные домены. Форма e2 менее эффективно транслируется, предположительно, из-за ​​интерференции со стороны короткой открытой рамки считывания, транслируемой из вышележащего ATG экзона 1. Потери одного только E1 достаточно, чтобы развился синдром Ретта, а вот у мышей без E2 признаков синдрома нет. Авторы предположили, что переключение трансляции с e2 на e1 при проскакивании экзона 2 способно увеличить количество белка MeCP2.

Сначала авторы подтвердили, что изоформы e2 в клетках примерно вполовину меньше, чем e1. Тогда они получили линию мышей с делецией экзона 2 гена Mecp2. На уровне РНК e2 отсутствовала, а e1 было больше в коре и других областях мозга у взрослых самцов. Белка MeCP2 было больше на 50–60%. У таких мышей была повышена тревожность, как и у мышей с оверэкспрессией MeCP2, но не было проблем с передвижением, памятью или обучением. А вот у самок признаков тревожности не было.

Далее исследовали провели делецию экзона 2 в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках (иПСК) пациента мужского пола с синдромом Ретта и мутацией G118E в гене MECP2. Мутация снижала уровень белка MeCP2 у мышей и в нейронах, полученных из иПСК, нарушала связывание белка с ДНК и провоцировала признаки синдрома Ретта у мышей.

Мутация G118E не влияет на уровень мРНК MECP2, но дестабилизирует белок. После нокаута 2 экзона e2 полностью отсутствовала, а мРНК e1 было больше. Соответственно, и белка MeCP2 было больше, его количество было сравнимым в этих клетках и клетках дикого типа.

Транскриптом очень чувствителен к дозе MeCP2. Наличие мутации G118E сильно нарушало регуляцию экспрессии тысяч генов в нейронах. Делеция 2 экзона возвращала уровни экспрессии этих генов к исходным (60% генов с нарушенной экспрессией нормализовались спустя 4 недели и 65% — спустя 8). Это были гены, участвующие в развитии нейронов, дифференцировке дендритных клеток, клеточном транспорте и метаболических процессах. Частично восстанавливался фенотип и при наличии более тяжелой мутации T158M.

Делеция 2 экзона нормализовала электрофизиологические функции нейронов с мутациями в MECP2. В опытах с морфолиновыми олигонуклеотидами, которые вводили в мозг мышей, значительно повышался уровень белка MeCP2 в коре.

«Наша работа закладывает основу и предоставляет доклинические доказательства терапевтического подхода к лечению синдрома Ретта, который увеличивает уровень MeCP2 и обеспечивает функциональное улучшение, — сказала Худа Зогби, профессор Медицинского колледжа Бейлора. — Хотя сами морфолиновые олигонуклеотиды не подходят из-за их токсичности, аналогичные стратегии, такие как терапия антисмысловыми олигонуклеотидами, уже используемая при других заболеваниях, могут быть разработаны и для синдрома Ретта».

Мишенью для лечения синдрома Ретта может быть микроглия