Utilizando un tipo de pantalla genética que anteriormente había sido imposible en el cerebro de los mamíferos, los neurocientíficos del MIT han identificado cientos de genes que son necesarios para la supervivencia de las neuronas. También utilizaron el mismo enfoque para identificar genes que protegen contra los efectos tóxicos de un mutanteproteína que causa la enfermedad de Huntington.
Estos esfuerzos arrojaron al menos un objetivo farmacológico prometedor para Huntington: una familia de genes que normalmente pueden ayudar a las células a descomponer la proteína huntingtina mutada antes de que pueda agregarse y formar los grupos que se ven en los cerebros de los pacientes de Huntington.
"Estos genes nunca antes se habían relacionado con los procesos de la enfermedad de Huntington. Cuando los vimos, fue muy emocionante porque no solo encontramos un gen, sino que en realidad varios de la misma familia, y también vimos que tienen un efecto en dosmodelos de la enfermedad de Huntington ", dice Myriam Heiman, profesora asociada de neurociencia en el Departamento de Ciencias Cerebrales y Cognitivas y autora principal del estudio.
La nueva técnica de detección de los investigadores, que les permitió evaluar todos los aproximadamente 22,000 genes encontrados en el cerebro del ratón, también podría aplicarse a otros trastornos neurológicos, incluidas las enfermedades de Alzheimer y Parkinson, dice Heiman, quien también es miembro dePicower Institute for Learning and Memory del MIT y Broad Institute of MIT and Harvard.
La doctorada del Instituto Broad Mary Wertz es la autora principal del artículo, que aparece hoy en neurona .
pantalla de todo el genoma
Durante muchas décadas, los biólogos han realizado pantallas en las que eliminan sistemáticamente genes individuales en organismos modelo como ratones, moscas de la fruta y el gusano C. elegans, y luego observan los efectos sobre la supervivencia celular. Sin embargo, tales pantallas nunca hanse ha hecho en el cerebro del ratón. Una razón importante para esto es que administrar la maquinaria molecular requerida para estas manipulaciones genéticas es más difícil en el cerebro que en cualquier otra parte del cuerpo.
"Estas pantallas genéticas imparciales son muy poderosas, pero la dificultad técnica de hacerlo en el sistema nervioso central a escala del genoma nunca se ha superado", dice Heiman.
En los últimos años, los investigadores del Broad Institute han desarrollado bibliotecas de material genético que pueden usarse para desactivar la expresión de cada gen que se encuentra en el genoma del ratón. Una de estas bibliotecas se basa en el ARN de horquilla corta shRNA, queinterfiere con el ARN mensajero que transporta la información de un gen en particular. Otro hace uso de CRISPR, una técnica que puede alterar o eliminar genes específicos en una célula. Estas bibliotecas son entregadas por virus, cada uno de los cuales lleva un elemento que se dirige a un solo gen.
Las bibliotecas se diseñaron de manera que cada uno de los aproximadamente 22,000 genes de ratón sea el objetivo de cuatro o cinco shRNA o componentes CRISPR, de modo que entre 80,000 y 100,000 virus deben ingresar al cerebro para garantizar que todos los genes sean afectados al menos una vez.El equipo del MIT ideó una forma de hacer que su solución de virus sea altamente concentrada e inyectarlos directamente en el cuerpo estriado del cerebro. Mediante este enfoque, pudieron entregar uno de los elementos shRNA o CRISPR a aproximadamente el 25 por ciento de todosde las células en el cuerpo estriado.
Los investigadores se centraron en el cuerpo estriado, que está involucrado en la regulación del control motor, la cognición y la emoción, porque es la región del cerebro más afectada por la enfermedad de Huntington. También está involucrada en la enfermedad de Parkinson, así como en el autismo y la adicción a las drogas.
Aproximadamente siete meses después de la inyección, los investigadores secuenciaron todo el ADN genómico en las neuronas estriatales específicas. Su enfoque se basa en la idea de que si genes particulares son necesarios para la supervivencia de las neuronas, cualquier célula con esos genes eliminados moriráLuego, esos shRNA o elementos CRISPR se encontrarán a tasas más bajas en la población total de células.
El estudio descubrió muchos genes que son necesarios para que cualquier célula sobreviva, como las enzimas involucradas en el metabolismo celular o la copia del ADN en ARN. Los hallazgos también revelaron que los genes que habían sido identificados en estudios previos de moscas de la fruta y gusanos son importantespara la función neuronal, como los genes involucrados en la función de las sinapsis estructuras que permiten que las neuronas se comuniquen entre sí.
Sin embargo, un hallazgo novedoso de este estudio fue la identificación de genes que no se habían relacionado con la supervivencia de las neuronas antes, dice Heiman. Muchos de esos eran genes que codifican proteínas metabólicas que son esenciales en las células que queman mucha energía.
"Lo que interpretamos que esto significa es que las neuronas en el cerebro de los mamíferos son mucho más activas metabólicamente y tienen una dependencia mucho mayor de estos procesos que, por ejemplo, una neurona en C. elegans", dice Heiman.
objetivos prometedores
Luego, los investigadores realizaron el mismo tipo de pantalla en dos modelos diferentes de ratones con la enfermedad de Huntington. Estos modelos de ratones expresan la forma mutada de la proteína huntingtina, que forma grupos en el cerebro de los pacientes de Huntington. En este caso, los investigadores compararonresultados de la pantalla de los ratones de Huntington a ratones normales.Si alguno de los elementos shRNA o CRISPR se encontrara con menos frecuencia en los ratones de Huntington, eso sugeriría que esos elementos apuntan a genes que están ayudando a que las células sean más resistentes a los efectos tóxicos dela proteína huntingtina, dice Heiman.
Un objetivo farmacológico prometedor que surgió de esta pantalla es la familia de genes Nme, que previamente se ha relacionado con metástasis de cáncer, pero no con la enfermedad de Huntington. El equipo del MIT descubrió que uno de estos genes, Nme1, regula la expresión de otros genes queestán involucrados en la eliminación adecuada de las proteínas. Los investigadores plantean la hipótesis de que sin Nme1, estos genes no se activan tanto, permitiendo que la huntingtina se acumule en el cerebro. También demostraron que cuando Nme1 se sobreexpresa en los modelos de ratón de Huntington,los síntomas de Huntington parecen mejorar.
Aunque este gen no se ha relacionado con el de Huntington antes, ya se han realizado algunos esfuerzos para desarrollar compuestos que lo apunten, para su uso en el tratamiento del cáncer, dice Heiman.
"Esto es muy emocionante para nosotros porque teóricamente es un compuesto farmacológico", dice ella. "Si podemos aumentar su actividad con una molécula pequeña, tal vez podamos replicar el efecto de la sobreexpresión genética".
La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud / Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, la Fundación JPB, la Fundación Bev Hartig Huntington's Disease, un Premio Fay / Frank Seed de la Brain Research Foundation, Jeptha H. y EmilyPremio V. Wade, y la Fundación de Enfermedades Hereditarias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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