Исследовательская группа Массачусетской больницы общего профиля (MGH) разработала новую модель мышей-самок для синдрома Ретта, страдающего нарушением развития нервной системы, и в процессе обнаружила доказательства того, что для облегчения симптомов генетического нарушения может потребоваться только частичная экспрессия нормальной копии задействованного гена, MECP2. Стратегия, использованная в исследовании, опубликованном в журнале PNAS, может быть полезна при разработке моделей других заболеваний, вызванных мутациями в Х-хромосоме.
"Разработка улучшенной, более простой в использовании женской модели синдрома Ретта важна, поскольку используемые мужские модели не могут полностью воспроизвести болезнь, которая в первую очередь поражает женщин," говорит ведущий автор Лизелот Карретт, доктор философии.D., научный сотрудник лаборатории старшего автора Джинни Т. Ли, доктор медицинских наук.D., MGH Кафедра молекулярной биологии. "Помимо множества тонких различий между мужчинами и женщинами, которые мы еще не полностью осознаем, у мужчин, очевидно, нет второй, неактивной Х-хромосомы, на которую мы можем нацелить реактивацию в качестве потенциального лекарства."
Синдром Ретта – это Х-сцепленное заболевание, вызванное мутацией в Х-хромосоме. Самки наследуют две копии Х-хромосомы, и в каждой клетке активирована одна копия хромосомы, то есть гены доступны для транскрипции, а одна инактивирована. Какая копия инактивирована в конкретной клетке, является полностью случайным, поэтому эффекты мутации Х-хромосомы зависят от клеток, в которых активирована мутированная хромосома. Синдром Ретта редко встречается у мужчин, поскольку мутация MECP2 обычно возникает спонтанно в репродуктивных клетках отца, чья Х-хромосома передается только дочерям. Однако в тех случаях, когда единственная X-хромосома мужского пола действительно несет мутацию, ребенок серьезно страдает и редко выживает.
Известно, что белок MECP2 необходим для нормального развития нейронов, и самки с мутацией, по-видимому, нормально развиваются в течение первого года жизни. Затем их физическое и когнитивное развитие замедляется и регрессирует, что приводит к появлению таких симптомов, как потеря подвижности, судороги, отсутствие речи и социальная изоляция. Пострадавшие самки также демонстрируют повторяющееся поведение, такое как заламывание рук и кусание себя, что может привести к травмам. Женщинам с синдромом Ретта в конечном итоге требуется круглосуточный уход, и это расстройство уступает только синдрому Дауна как наиболее частая причина тяжелой умственной отсталости у женщин.
Команда Ли изучала методы реактивации Х-хромосомы для лечения синдрома Ретта и других заболеваний, связанных с Х-хромосомой, и ранее в этом году они сообщили о первой успешной попытке сделать это, объединив два метода – блокируя экспрессию Xist, молекулы РНК, которая является ключом к подавлению неактивной Х-хромосомы и к подавлению генного процесса метилирования ДНК. Хотя их подход произвел некоторую реактивацию спящей Х-хромосомы в культивируемых клетках и на генетической модели животных, системы, использованные в этом исследовании, не несли мутации синдрома Ретта.
Ли объясняет, "Эта предыдущая работа позволила нам достичь беспрецедентного уровня активации MECP2 из неактивной Х-хромосомы. Основная цель нашего настоящего исследования заключалась в разработке модели мышей-самок, которая позволила бы нам протестировать эту комбинацию лекарств на живом животном."
Проблема с созданием полезной женской модели синдрома Ретта на животных проистекает из случайной природы инактивации X. Поскольку количество нейронных клеток, экспрессирующих мутированный ген MECP2, может широко варьироваться, у пораженных самок мышей часто развиваются только некоторые симптомы, которые обычно слабо выражены и появляются в конце жизни. Такая модель затрудняет тестирование потенциальных методов лечения, поскольку появление симптомов может быть результатом исходного уровня экспрессии MECP2 у животного, а не тестируемого препарата. Что было бы необходимо, так это женская модель, в которой хромосома с мутированным геном была широко и последовательно активирована.
Чтобы создать такую модель, команда MGH нацелена на другую молекулу РНК под названием Tsix, которая регулирует экспрессию Xist на ранней стадии развития, когда устанавливается молчание одной X-хромосомы. Нацеливание на Цикс могло существенно "не рандомизировать" Инактивация X, побуждающая большее количество клеток экспрессировать мутированную версию MECP2. Команда разработала две линии мышей с разными мутациями Tsix, одна из которых привела к появлению самок с продолжительностью жизни, отличной от продолжительности жизни традиционных самок и самцов мышей, разница, которая частично была связана с уровнями MECP2 в мозге, достигающими 20 процентов. из того, что наблюдается у нормальных мышей. В другом штамме экспрессия MECP2 была снижена до менее чем 5 процентов от нормы, и у этих животных значительно сократилась продолжительность жизни и неврологические симптомы, имитирующие те, что у мышей-самцов, на которые полагалось большинство исследований синдрома Ретта.
"Что было замечательно," Ли говорит, "был терапевтический эффект, наблюдаемый у самок мышей, у которых MECP2 экспрессировался только в 5-10 процентах клеток мозга. У мышей значительно увеличилась продолжительность жизни и снизилась тяжесть заболевания."
Карретт добавляет, "Даже небольшое количество экспрессии MECP2, по-видимому, имеет большой эффект, что очень многообещающе для разработки методов лечения синдрома Ретта. Полная реактивация неактивной Х-хромосомы может быть труднодостижимой и иметь токсические эффекты из-за дисбаланса дозировки других генов. Частичная реактивация может дать терапевтический эффект при одновременном снижении потенциальных побочных эффектов. Подход с реактивацией X также может быть альтернативой генной терапии, которая является сложной задачей, потому что экспрессию MECP2 необходимо тщательно контролировать, поскольку слишком много приводит к неврологическим заболеваниям. Обнаружение того, что не каждая клетка должна экспрессировать MECP2 для терапевтического эффекта, указывает на то, что очень низкая безопасная доза может быть эффективной."
Профессор генетики Гарвардской медицинской школы, говорит Ли, "Мы также рады, что новая модель мышей женского пола, похоже, имитирует повторяющееся и самоповреждающее поведение, которое характерно для синдрома Ретта у человека. С помощью этой модели на животных мы также сможем изучить эффективность препаратов, реактивирующих MECP2, в отношении симптомов, которые было трудно воспроизвести на других моделях заболеваний. Теперь мы можем протестировать наши комбинации препаратов, используя эту модель."