Organoidy podobne do mózgu lub „mini-mózgi”, które są specyficzne dla dotkniętych obszarów mózgu i pochodzą od pacjentów, mogą służyć jako modele do badania mechanizmów molekularnych leżących u podstaw zespołu Dravet, wynika z badań.

Naukowcy stworzyli pochodzące od pacjentów organoidy przodomózgowia, regionu wzbogaconego o typy komórek nerwowych zwanych neuronami GABAergicznymi, które są najbardziej dotknięte chorobą Dravet.

Odkryli zmiany w cząsteczkach zaangażowanych w mitochondria (elektrownie komórkowe), wspierając wcześniejsze badania przedkliniczne sugerujące, że upośledzenie mitochondriów przyczynia się do Dravet.

„ [Dravet syndrome] Model organoidów dostarczy dodatkowych zasobów do rozszyfrowania [mechanisms] za Nav1.1 [deficiency] i badania przesiewowe leków w celu naprawienia deficytów funkcjonalnych związanych z chorobą”, napisali naukowcy w badaniu, „Generowanie ludzkich linii iPSC od trzech osób z zespołem Dravet i charakterystyka markerów różnicowania neuronów w modelu organoidów przodomózgowia brzusznego pochodzącym z iPSC”, który ukazał się w r Komórki.

Zespół Draveta to rzadki typ padaczki charakteryzujący się długotrwałymi napadami padaczkowymi, rozpoczynającymi się we wczesnym dzieciństwie i trudnymi do kontrolowania za pomocą leków przeciwdrgawkowych. W 80-90% przypadków choroba jest spowodowana mutacjami w SCN1A gen, który koduje podjednostkę kanału sodowego o nazwie NaV1.1. Ten kanał sodowy znajduje się na powierzchni komórek nerwowych i kontroluje wnikanie do nich jonów sodu, co jest wymagane do ich aktywacji, aby mogły komunikować się z innymi komórkami nerwowymi.

Ta komunikacja zależy od dokładnej równowagi między sygnałami pobudzającymi i hamującymi. Sygnały pobudzające z jednej komórki nerwowej do drugiej sprawiają, że ta ostatnia jest bardziej podatna na wysyłanie sygnału elektrycznego, podczas gdy sygnały hamujące zmniejszają prawdopodobieństwo wyzwolenia.

Jak SCN1 mutacje skutkujące napadami padaczkowymi nie są w pełni zrozumiałe, ale naukowcy uważają, że może to mieć związek z upośledzoną funkcją hamujących neuronów GABAergicznych.

„Spowodowałoby to nadmierną aktywację układu nerwowego, niekontrolowane przekazywanie sygnałów i rozwój drgawek” – napisali naukowcy.

Jednym z głównych ograniczeń w zrozumieniu mechanizmów molekularnych leżących u podstaw Dravet jest brak modelu komórkowego, który w pełni odwzorowuje złożoność choroby.

Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) są coraz częściej wykorzystywane do badania chorób. Są wytwarzane przez zbieranie dojrzałych komórek, takich jak skóra lub krew, i przeprogramowywanie ich z powrotem do stanu podobnego do komórek macierzystych, w którym mogą dojrzewać do praktycznie dowolnego typu komórek. Można je uzyskać bezpośrednio od pacjentów do wykorzystania jako modele komórkowe, które naśladują różnorodność genetyczną i kliniczną choroby.

rekomendowane lektury

Generowanie „mini-mózgów” z komórek macierzystych

Naukowcy w Polsce wygenerowali „mini-mózgi” z iPSC pochodzących od osób z Dravet i zespołem Panayiotopoulosa (PS), łagodniejszą formą padaczki genetycznej, która pojawia się również we wczesnym dzieciństwie.

Ludzkie „mini-mózgi” to trójwymiarowe organoidy podobne do mózgu, które mogą pełniej naśladować właściwości i interakcje komórkowe ludzkiego mózgu niż modele zwierzęce. Pochodzące od osób z chorobami neurologicznymi można je wykorzystać do odtworzenia procesów chorobowych i pomóc przewidzieć korzyści kliniczne terapii.

Naukowcy najpierw wygenerowali iPSC z komórek skóry dwóch osób z zespołem Dravet i jednej z PS, wszystkie niosące różne mutacje w SCN1 gen. Obecność pierwotnych mutacji pacjentów została potwierdzona w odpowiadających im iPSC.

Następnie wykorzystali iPSC od jednego pacjenta Dravet i pacjenta PS, aby przekształcić je w organoidy brzusznego przodomózgowia, regionu bogatego w neurony GABAergiczne.

IPSC pochodzące od pacjentów „odzwierciedlały nasilenie objawów u odpowiednich dawców, od łagodnego do cięższego obrazu klinicznego” – napisali naukowcy.

Różnice między Dravet, „mini-mózgami” zdrowych dawców

W „mini-mózgach” pochodzących od pacjentów Dravet poziomy GABAergicznych markerów neuronalnych były podwyższone w porównaniu z organoidami od pacjentów z PS i zdrowego dawcy. Różnice te nie osiągnęły jednak istotności statystycznej.

Markery przodomózgowia brzusznego były znacznie zwiększone w „mini-mózgach” Dravet w porównaniu z tymi od zdrowych dawców, podczas gdy nie zaobserwowano znaczących różnic między zdrowymi organoidami a tymi od pacjenta z łagodniejszą padaczką.

Fakt, że organoidy miały już dojrzałe neurony GABAergiczne, sprawia, że ​​„wiarygodne jest spekulowanie, że SCN1A mutacje wpływają na neurony hamujące po dojrzewaniu komórek, ponieważ kanał sodowy Nav1.1 bierze udział w transmisji sygnału” – napisali naukowcy.

Ponieważ wcześniejsze dowody sugerowały, że Dravet ma związek z dysfunkcją mitochondriów, naukowcy przyjrzeli się potencjalnym zmianom w markerach mitochondrialnych.

Stwierdzili znacznie zmniejszoną aktywność PPARGC1A genu, głównego regulatora wzrostu i funkcji mitochondriów, w organoidach obu pacjentów w porównaniu z organoidami pochodzącymi od zdrowego dawcy.

Poziomy innych markerów mitochondrialnych były znacznie podwyższone w „mini-mózgach” Dravet w stosunku do zdrowych organoidów, ale nie u pacjentów z PS, co mogło odzwierciedlać ciężkość choroby.

„Ustanowienie organoidów regionu mózgu od dawców dotkniętych chorobą [Dravet syndrome] pozwala na badanie skutków choroby w bardziej złożonym środowisku, które powinno wykazywać zmiany odzwierciedlające stopień ciężkości podłoża [disease mechanisms]” – napisali naukowcy. „Ten model organoidy można wykorzystać do określenia etapu rozwoju neuronów, na którym SCN1A gen [is activated]co dałoby możliwości interwencji”.

Wydrukuj ten artykuł