Это неизлечимое заболевание возникает в результате мутаций в гене метил-CpG-связывающего белка 2 (MECP2), которые нарушают роль белка MeCP2 в регуляции активности многих генов в клетках мозга.

Новый вариант гена MECP2 (G118E) был недавно охарактеризован исследовательской группой под руководством д-ра Худы Зогби, профессора Бейлорского медицинского колледжа и директора-основателя Института неврологических исследований имени Яна и Дэна Дунканов при Техасской детской больнице (Duncan NRI), и д-ра Роберта Тжиана, профессора, заведующего кафедрой биологии канцлера Ли Ка Шинга и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза при Калифорнийском университете в Беркли.

Исследование опубликовано в журнале Genes and Development.

Используя сложные методы одномолекулярной визуализации с высоким разрешением, команда с высокой молекулярной точностью выявила, как мутация G118E влияет на динамику взаимодействия белка MeCP2 с ДНК. Это исследование закладывает основу для следующего рубежа инновационных исследований в области выявления заболеваний человека и освещает новые стратегии скрининга для разработки потенциальных методов лечения синдрома Ретта.

В 1999 г. д-р Зогби и ее научная группа впервые обнаружили мутации в гене MECP2 как причину синдрома Ретта. С тех пор они продолжают изучать это редкое неврологическое заболевание и сделали ряд знаковых открытий в области синдрома Ретта и других заболеваний, связанных с MECP2.

В данном исследовании была охарактеризована мутация MECP2, которая ранее не была описана в медицинской литературе, и мы не имели представления о ее биологических эффектах, — говорит доктор Зогби, которая также является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза.

Поэтому мы поставили эксперименты, чтобы понять, как эта новая мутация влияет на функцию MeCP2 и вызывает болезнь Ретта.

«Первым шагом было создание в лаборатории модели заболевания, несущей эту специфическую мутацию», — говорит доктор Цзянь Чжоу, постдокторский научный сотрудник лаборатории Зогби, возглавлявший исследование. „Мы взяли индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), которые обладают неограниченным потенциалом и могут быть превращены в любой тип человеческих клеток в чашке для выращивания клеток. Используя определенные факторы роста, мы индуцировали их превращение в нейроны. Из этих исследований мы узнали, что уровень белка MeCP2 значительно снижен в нейронах, полученных из стволовых клеток с мутантом G118E, по сравнению с нейронами, возникшими из клеток с нормальной копией гена MECP2“.

Далее, используя технологию CRISPR-Cas9, группа исследователей создала мышиную модель мутации G118E, чтобы проверить ее влияние на физиологию и поведение живых животных. В соответствии с результатами, полученными на культивируемых нейронах, было обнаружено снижение уровня MeCP2 в нейронах мышей с мутацией G118E на 40% по сравнению со здоровыми мышами. Также было отмечено снижение способности этого белка связываться с ДНК на уровне генома. Кроме того, у мышей G118E проявлялись симптомы, сходные с симптомами Ретта, что в совокупности подтвердило болезнетворный потенциал этой мутации.

Поскольку для функционирования белка MeCP2 необходимо эффективное связывание с ДНК, далее была предпринята попытка проверить, как мутация G118E влияет на динамику взаимодействия MeCP2 с ДНК. Однако количественное измерение этого свойства в живых нейронах в физиологических условиях является сложной задачей. Поэтому в сотрудничестве с д-ром Робертом Тжианом была использована новая технология одномолекулярной визуализации, разработанная его группой.

Доктор Клаудия Каттолио, специалист по исследованиям, и другие сотрудники моей лаборатории использовали этот мощный подход, чтобы более детально изучить динамику взаимодействия MeCP2 и ДНК в живых нейронах с мутацией G118, — сказал доктор Тжиан.

Они обнаружили, что, несмотря на наличие меньшего количества молекул MeCP2 и их сниженную способность связывать ДНК, остаточные молекулы MeCP2 в нейронах с G118E сохраняют частичную функцию — очень многообещающий результат, который подтверждает предположение о том, что повышение уровня белка MeCP2 может облегчить симптомы Ретта у пациентов.

«Примерно 75% мутаций, вызывающих Ретта, сохраняют частичную функцию белка и некоторую способность связывать ДНК», — заключает д-р Зогби. „Однако большинство исследований, проведенных до сих пор на мышах-самцах, были посвящены вариантам MECP2, у которых способность связывать ДНК полностью отменена. Поэтому использование современных методов визуализации в реальном времени для изучения патогенных мутаций типа G118E, сохраняющих некоторую часть функции белка, может помочь нам разработать новые стратегии скрининга терапевтических средств, которые помогут широкой группе пациентов с болезнью Ретта“.