עדויות חדשות מקדמות את ההבנה של הגורמים לתסמונת רט

תסמונת רט היא הפרעה נוירו-התפתחותית נדירה שכרגע אין לה תרופה או טיפול טוב. זה גורם לתסמינים פיזיים וקוגניטיביים חמורים, שרבים מהם חופפים להפרעות בספקטרום האוטיסטי.

תסמונת רט נגרמת על ידי מוטציות בגן MECP2, שמתבטא מאוד במוח ונראה שהוא ממלא תפקיד חשוב בשמירה על בריאותם של נוירונים. הגן ממוקם על כרומוזום X, והתסמונת פוגעת בעיקר בבנות. כדי לפתח טיפולים לתסמונת רט, החוקרים רוצים להבין טוב יותר את MECP2 ואת תפקודיו במוח.

חוקרים, כולל מייסד שותף של מכון ווייטהד, רודולף יאניש, חוקרים את MECP2 במשך עשרות שנים, אך עובדות בסיסיות רבות על הגן נותרו עלומות. חלבון MECP2, שמקודד על ידי הגן, מעורב בוויסות הגנים; הוא נקשר ל-DNA ומשפיע על רמות הביטוי של גנים שונים אחרים, כלומר כמות החלבון שהם מייצרים.

עם זאת, לחוקרים לא הייתה רשימה מלאה של הגנים שעליהם MECP2 משפיע, ולא הייתה הסכמה לגבי האופן שבו MECP2 משפיע על הגנים הללו.

מחקרים מוקדמים של MECP2 העלו כי מדובר במדכא, שמפחית את הביטוי של גני המטרה שלו, אך מחקר של Jaenisch ואחרים הראה בעבר ש-MECP2 פועל גם כמפעיל, ומגביר את הביטוי של המטרות שלו - ושהוא עשוי להיות מפעיל מלכתחילה. לא ידוע גם מנגנון הפעולה של MECP2, או מה בדיוק עושה החלבון שמוביל לשינויים בביטוי הגנים.

המגבלות בטכנולוגיה מנעו מחוקרים לקבל בהירות בשאלות אלו. אבל יאניש, פוסט דוקטורט במעבדתו, יי ליו, וחבר לשעבר במעבדה של יאניש, אנתוני פלמייר, כיום עוזר פרופסור במרכז המחקר CHU Sainte-Justine באוניברסיטת מונטריאול, השתמשו בשיטות חדשניות כדי לענות על אלה שאלות שנותרו על MECP2 ולקבל תובנות חדשות לגבי תפקידו בבריאות המוח ובמחלות.

תוצאותיהם פורסמו בכתב העת Neuron, והחוקרים גם יצרו מאגר מקוון של נתוני MECP2 שלהם, ה פורטל MECP2-NeuroAtlas, כמשאב עבור חוקרים אחרים.

"אני חושב שהמאמר הזה ישנה מהותית את הדרך שבה אנשים חושבים על האופן שבו MECP2 גורם לתסמונת רט. יש לנו הבנה חדשה לחלוטין של המנגנון, וזה עשוי לספק אפיקים חדשים לפיתוח טיפולים למחלה זו", אומר יאניש, אשר הוא גם פרופסור לביולוגיה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס.

הבנה מתקדמת של MECP2 במוח

החוקרים יצרו לראשונה מפה מפורטת של המקום שבו MECP2 נקשר ברצף הגנים של נוירונים אנושיים, בין אם בתוך גנים או באזורים מווסתים של DNA בקרבתם. הם השתמשו בגישה שנקראת CUT&Tag, שיכולה לזהות אינטראקציות חלבון-DNA בדיוק גבוה.

חוקרים גילו יותר מארבעת אלפים גנים הקשורים ל-MECP2. הם חזרו על המיפוי שלהם בנוירונים עם מוטציות MECP2 נפוצות הקשורות לתסמונת רט כדי לקבוע היכן MECP2 מדולדל במצב המחלה.

הידיעה לאילו גנים MECP2 נקשר איפשרה ליו ולפלמייר להתחיל ליצור קשרים בין המטרות של MECP2 ובריאות המוח. הם גילו שרבים מהמטרות שלו מעורבות בפיתוח ובתפקוד של אקסונים וסינפסות נוירונים.

הם גם השוו את רשימת יעדי ה-MECP2 שלהם עם מסד הנתונים של יוזמת המחקר האוטיזם של Simons Foundation (SFARI) של גנים הקשורים לאוטיזם ומצאו ש-381 גנים במסד הנתונים הזה היו יעדי MECP2.

מקור: Neuron (2024). DOI: 10.1016/j.neuron.2024.04.007

ממצאים אלו עשויים לסייע בהבהרת המנגנונים העומדים בבסיס תסמיני אוטיזם בתסמונת רט ולספק נקודת התחלה טובה לחקירת התפקיד האפשרי של MECP2 באוטיזם.

"יצרנו את המפה המשולבת הראשונה של האפיגנום של MECP2 בבריאות ובמחלות, ומפה זו יכולה להנחות מחקר עתידי", אומר ליו. "הידיעה לאילו גנים ממוקדים על ידי MECP2, ואילו גנים מופרעים ישירות במחלה, מספקת בסיס חזק להבנת תסמונת רט ולשאול שאלות לגבי ויסות גנים בנוירונים."

החוקרים בדקו גם האם MECP2 מגביר או מקטין את הביטוי של גני המטרה שלו. בהתאם להיסטוריה של MECP2 שזוהה על ידי חלק כמפעיל ועל ידי אחרים כמדכא, ליו ופלאמייר מצאו דוגמאות שבהן MECP2 ממלא את שני התפקידים.

עם זאת, למרות ש-MECP2 נחשב לעתים קרובות יותר כמדכא, Liu ו-Flamier מצאו שהוא בעיקר מפעיל-אשר מאשר את הממצאים הקודמים של Jaenisch וליו. ניסוי חדש אחד הראה ש-MECP2 מפעיל לפחות 80% מהיעדים שלו, ואחר שהוא מפעיל עד 88% מהיעדים שלו.

מפת גן המטרה שנוצרה על ידי החוקרים סיפקה תובנה נוספת לגבי תפקידו של MECP2 כמפעיל. הם מצאו שעבור גנים ש-MECP2 מפעיל, הוא נקשר בדרך כלל לאזור של DNA במעלה הזרם של הגן הנקרא אתר תחילת השעתוק.

זה המקום שבו מכונות סלולריות מתחילות תהליך של קריאת גן ל-RNA, ולאחר מכן ה-RNA מתורגם לחלבון פונקציונלי, שהוא תוצר של ביטוי גנים. הנוכחות של MECP2 באתר תחילת התעתוק שבו מתחיל ביטוי גנים עולה בקנה אחד עם תפקידו כמפעיל גנים.

לאחר מכן יצאו החוקרים לקבוע איזה תפקיד ממלא MECP2 בהפעלת גנים. הם חקרו לאילו מולקולות MECP2 נקשר באתר זה, בנוסף ל-DNA, ומצאו ש-MECP2 יוצר אינטראקציה ישירה עם קומפלקס חלבון בשם RNA פולימראז II (RNA Pol II). RNA Pol II הוא מכונה תאית מפתח המתמללת DNA ל-RNA. RNA Pol II לא יכול למצוא גנים בעצמו, ולכן הוא דורש קו-פקטורים רבים, או חלבונים משתפים פעולה, כדי לעזור לו לעשות את עבודתו.

החוקרים משערים ש-MECP2 משמש כקו-פקטור אחד כזה, ועוזר ל-RNA Pol II ליזום שעתוק בגנים שבהם MECP2 נקשר. ניתוח מבני של MECP2 זיהה חלקים מהמולקולה שנקשרים ל-RNA Pol II, וניסויים אחרים אישרו שאובדן MECP2 מפחית את הנוכחות של RNA Pol II באתרי התחלת שעתוק רלוונטיים וכן את רמות הביטוי של גנים מטרה.

זה מצביע על כך שתסמונת רט עלולה להיגרם כתוצאה מירידה בתעתיק של גנים הממוקדים על ידי MECP2 עקב מוטציות ב-MECP2 שמונעות ממנו להיקשר ל-RNA Pol II או להיקשר ל-DNA. בהתאם לרעיון זה, מוטציות MECP2 הנפוצות ביותר הקשורות למחלה הן חתכים: מוטציות שבהן חלק מהחלבון חסר, אשר יכולות לשנות את האינטראקציה בין MECP2 ל-RNA Pol II.

החוקרים מקווים שהממצאים שלהם לא רק ישנו את ההבנה שלנו לגבי MECP2, אלא שהבנה עמוקה ורחבה יותר של האופן שבו MECP2 משפיעה על התפתחות המוח ותפקוד המוח עשויה להוביל לתובנות חדשות שיעזרו לאנשים עם תסמונת רט והפרעות נלוות, כולל אוטיזם.

"פרויקט זה הוא דוגמה מצוינת לאופי השיתופי של עבודתה של מעבדת יאניש", אומר פלמייר. "לרודולף ויי הייתה בעיה ספציפית עם תסמונת רט, והיה לי ניסיון עם טכנולוגיית CUT&Tag שיכולה לפתור את הבעיה הזו. באמצעות דיון, הבנו שנוכל לשלב מאמצים, ועכשיו יש לנו מאגר נהדר של מידע על MECP2 והקשרים שלה למחלה."