Bliski kontakt: OTUD7A (czerwony) częściowo pokrywa się z ankiryną-3 (niebieski) w neuronach, chociaż stopień kolokalizacji jest punktem spornym w tym badaniu.

Wadliwe interakcje między OTUD7A i innymi białkami, w tym ankirynami związanymi z autyzmem, mogą wyjaśniać cechy związane z mikrodelecją, rodzajem zmienności liczby kopii (CNV), w regionie chromosomalnym 15q13.3, zgodnie z badaniem opublikowanym w zeszłym miesiącu w Psychiatria molekularna. Zmieniona sieć białek wydawała się utrudniać neuronom usuwanie starych białek i deformować początkowy segment aksonu, który reguluje pobudliwość.

„W dziedzinie neuronauki czuliśmy, że jest miejsce na przyjęcie podejścia wykorzystującego proteomikę specyficzną dla typu komórek, aby spróbować zrozumieć patofizjologię choroby dla tej CNV” – mówi główny badacz Karun Singh, starszy naukowiec z Instytutu Badawczego Krembil w Toronto , Kanada. „Byliśmy w stanie ujawnić wiele rzeczy, które tak naprawdę w ogóle nie były znane na temat tego CNV”.

„To bardzo dobre badanie, bardzo dokładne”, mówi Christian Schaaf, profesor genetyki człowieka w szpitalu uniwersyteckim w Heidelbergu w Niemczech, który nie był zaangażowany w pracę, ale niedawno otrzymał grant we współpracy z Singhem i innymi osobami na badanie CNV w 15q13 .3.

„To w pewnym sensie umacnia pogląd, że OTUD7A odgrywa rolę w patomechanizmach zespołu mikrodelecji 15q13” – mówi Schaaf. „Dostarcza również dalszych informacji [that’s] ciekawe do zobaczenia, jak interakcja z [ankyrin]-3, a to będzie ważne dla zbadania patomechanizmów w dalszej kolejności”.

Eksperymenty zespołu przeprowadzone na myszach i hodowanych neuronach pochodzących z ludzkich komórek macierzystych nie wykazały jednak w przekonujący sposób, że OTUD7A i ankiryna-3 kolokalizują się w neuronach – niezbędny warunek wstępny interakcji endogennych, mówi Matthew Rasband, profesor neurobiologii w Baylor College medycyny w Houston w Teksasie. „Mają wiele interesujących interakcji, ale diabeł tkwi w walidacji”.

Mikrodelecje w 15q13.3 są związane z różnymi cechami, w tym niepełnosprawnością intelektualną, epilepsją i autyzmem. Ale to, w jaki sposób delecje przyczyniają się do takich wyników, pozostaje tajemnicą.

Naukowcy początkowo podejrzewali, że głównym winowajcą był gen o nazwie CHRNA7, ale dwa badania z 2018 roku wskazały na nowy gen sterujący: OTUD7A.

W nowej pracy Singh i jego współpracownicy oznaczyli białka, które są zbliżone do białka OTUD7A w mysich i ludzkich neuronach za pomocą cząsteczki zwanej biotyną, a następnie zidentyfikowali je za pomocą spektrometrii mas. Warto zauważyć, że kilka zidentyfikowanych białek lokalizuje się w początkowym segmencie aksonu, a niektóre, w tym liczne ankiryny, są powiązane z autyzmem i/lub padaczką.

Kierownik oddziału: Neurony pochodzące od osób posiadających mikrodelecję 15q13.3 (panel środkowy) lub mutacje OTUD7A (panel prawy) mają mniej rozgałęzień niż neurony pochodzące od członka rodziny nie dotkniętego chorobą (panel lewy).

Zespół powtórzył eksperymenty proteomiczne, używając neuronów myszy i trzech niespokrewnionych osób z mikrodelecjami 15q13.3, a także jednej osoby ze zmutowaną kopią OTUD7A. Niektóre ze zidentyfikowanych białek, w tym ankiryna-2 i ankiryna-3, zostały utracone z sieci — na poparcie idei, że OTUD7A wchodzi z nimi w interakcje, mówi Singh. Te neurony przenoszące mutacje wykazywały również zmiany strukturalne, które ustąpiły w neuronach z mikrodelecją 15q13.3 leczonych OTUD7A.

W nowym modelu mysim, który zespół opracował w celu ukierunkowania na OTUD7A przy użyciu przeciwciał znakowanych fluorescencyjnie, białko to nakładało się również na znakowaną fluorescencyjnie ankirynę-3, w tym w początkowym segmencie aksonu, w którym wiadomo, że gromadzi się ankiryna-3.

„Jesteśmy prawie pewni, że istnieje interakcja (lub bliskie sąsiedztwo) w oparciu o stosowane przez nas podejścia” – powiedział Singh Widmo w e-mailu. „Nigdy tego nie twierdzimy [is] bezpośrednia interakcja/skojarzenie”, dodaje, ale niezależne odkrycia potwierdzają pomysł, że może tak być: niedawny preprint, który wykorzystywał endogenne znakowanie zbliżeniowe ankiryny-3 w mózgach myszy, znalazł bezpośrednią interakcję z OTUD7A.

„Podejście biotynylacji w pobliżu jest bardzo, bardzo potężnym podejściem” – mówi Rasband. „A dla mnie ekscytujące było zobaczenie, że znaleźli potencjalny proteom zbliżeniowy”, który częściowo pokrywa się z tym, który on i jego koledzy opublikowali w 2020 r. Ale, jak mówi, nie dowodzi to interakcji białek.

Analiza neuronów pochodzących od osoby z wariantem OTUD7A „dostarcza dalszych dowodów na to, że również mutacje punktowe lub warianty pojedynczych nukleotydów w OTUD7A mogą powodować choroby lub być z nimi związane”, mówi Schaaf, współprzewodniczący Panelu Ekspertów ds. Niepełnosprawności Intelektualnej i Autyzmu w ClinGen — coś, co nie zostało jeszcze rozpoznane w Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM), katalogu ludzkich genów oraz zaburzeń i cech genetycznych.

„Spodziewałbym się, że wkrótce zostanie wymieniony w OMIM”, mówi, chociaż należy zidentyfikować więcej osób, aby wzmocnić dowody.

Pbadania sugerują, że OTUD7A działa jako deubikwitynaza, enzym usuwający znaczniki ubikwitynowe, których komórki używają do identyfikacji starych białek do degradacji. Jest to kluczowa część szlaku homeostazy białkowej komórki, który wcześniej łączono z autyzmem. Przyglądając się potencjalnej roli OTUD7A w tym szlaku, Singh i jego współpracownicy odkryli, że niektóre białka zidentyfikowane w proteomie zbliżeniowym OTUD7A zdawały się gromadzić ubikwitynę w neuronach pochodzących od osób z mutacjami OTUD7A lub mikrodelecjami 15q13.3 i w rezultacie utknęły w pobliżu. dłużej.

„Przyczynia się to do rosnącej liczby dowodów na to, że homeostaza białek jest szlakiem dysfunkcyjnym” w autyzmie i innych stanach neurorozwojowych, mówi Singh. “[S]ponieważ zrobiono to w neuronach pochodzących od pacjentów, uważamy, że dane lepiej odzwierciedlają to, co dzieje się w warunkach mikrodelecji 15q13.3 u ludzi”.

Mechanizm deubikwitynacji jest „nadal czymś, co wymaga dalszych badań”, mówi Schaaf, być może poprzez szersze testy, aby przyjrzeć się profilom ubikwitynacji w całym proteomie w odpowiedzi na nokaut lub nokaut OTUD7A.

„W ogóle nie widzę wielkiej zmiany w ubikwitynacji” — dodaje Rasband. „Po prostu trudno mi jako neurobiologowi molekularnemu, który przeprowadza wiele tego rodzaju badań, dostrzec znaczące różnice”.

Przyszłe badania mogą rozważyć inne geny w segmencie 15q13.3, mówi Singh. „To było trochę stronnicze podejście, ponieważ badaliśmy tylko jeden gen w CNV… Nie znamy jeszcze wkładu innych genów”.

Jego grupa planuje również zbadać te mechanizmy w trzech wymiarach, używając organoidów mózgowych pochodzących od pacjentów, aby przyjrzeć się nie tylko neuronom, ale innym typom komórek, takim jak glej, oraz zbadać wczesne punkty czasowe w rozwoju neuronów, mówi.

Cytuj ten artykuł: