Smegenys dažnai vadinamos „juodąja dėže“ – tokia, kurios viduje sunku pažvelgti į vidų ir nustatyti, kas vyksta bet kuriuo momentu. Tai yra dalis priežasties, kodėl sunku suprasti sudėtingą molekulių, ląstelių ir genų sąveiką, kuri yra neurologinių sutrikimų pagrindas. Tačiau „Scripps Research“ sukurtas naujas CRISPR atrankos metodas gali atskleisti naujus terapinius tikslus ir gydymo būdus šioms ligoms gydyti.
Metodas, aprašytas tyrime, paskelbtame m Ląstelė 2024 m. gegužės 20 d., suteikia galimybę greitai ištirti smegenų ląstelių tipus, susijusius su pagrindiniais vystymosi genais, tokiu mastu, kaip niekada anksčiau, padedant atskleisti įvairių neurologinių ligų genetinius ir ląstelių veiksnius.
„Mes žinome, kad dėl tam tikrų mūsų genomo mutacijų galime tapti pažeidžiami arba atsparūs įvairioms ligoms, tačiau kokie specifiniai ląstelių tipai yra už ligą? Kurie smegenų regionai yra jautrūs tų ląstelių genomo mutacijoms? bandome atsakyti“, – sako vyresnysis autorius Xin Jin, Ph.D., Scripps Research Neurologijos katedros docentas.
„Naudodami šią naują technologiją norime sukurti dinamiškesnį vaizdą visame smegenų regione, atsižvelgiant į ląstelių tipą, ligos vystymosi laiką ir iš tikrųjų pradėti suprasti, kaip liga atsitiko, ir kaip sukurti intervencijas.
Dėl daugiau nei dešimtmetį trukusių pastangų žmogaus genetikos srityje mokslininkai turėjo prieigą prie ilgų genetinių pokyčių, kurie prisideda prie daugelio žmonių ligų, sąrašų, tačiau žinoti, kaip genas sukelia ligą, labai skiriasi nuo žinojimo, kaip gydyti pačią ligą. Kiekvienas rizikos genas gali paveikti vieną ar kelis skirtingus ląstelių tipus. Norint suprasti, kaip galiausiai gydyti šią ligą, svarbu suprasti, kaip šie ląstelių tipai ir net atskiros ląstelės veikia geną ir daro įtaką ligos progresavimui.
Štai kodėl Jin kartu su pirmuoju tyrimo autoriumi, mokslų daktaru Xinhe Zhengu. kandidatas ir Frank J. Dixon absolventas iš Scripps Research kartu išrado naują techniką, pavadintą in vivo Perturb-seq. Šis metodas naudoja CRISPR-Cas9 technologiją ir vienos ląstelės transkripto analizę, kad būtų galima įvertinti jo poveikį ląstelei: po vieną ląstelę.
Naudodami CRISPR-Cas9, mokslininkai gali atlikti tikslius genomo pakeitimus smegenų vystymosi metu ir tada atidžiai ištirti, kaip tie pokyčiai paveikia atskiras ląsteles, naudodami vienos ląstelės transkripto analizę – tūkstančiams ląstelių lygiagrečiai.
„Mūsų naujoji sistema gali išmatuoti atskirų ląstelių atsaką po genetinių perturbacijų, o tai reiškia, kad galime nupiešti vaizdą, ar tam tikri ląstelių tipai yra jautresni nei kiti, ir reaguoti kitaip, kai įvyksta tam tikra mutacija“, – sako Jin.
Anksčiau metodas genetinių perturbacijų įvedimui į smegenų audinį buvo labai lėtas, dažnai užtrukdavo kelias dienas ar net savaites, o tai sudarė neoptimalias sąlygas tirti genų funkcijas, susijusias su neurologine raida. Tačiau naujasis Jin atrankos metodas leidžia per 48 valandas greitai išreikšti perturbacijos agentus gyvose ląstelėse, o tai reiškia, kad mokslininkai gali greitai pamatyti, kaip konkretūs genai veikia skirtingų tipų ląstelėse per labai trumpą laiką.
Šis metodas taip pat įgalina mastelio keitimo lygį, kuris anksčiau buvo neįmanomas – tyrėjų komanda sugebėjo profiliuoti daugiau nei 30 000 ląstelių per vieną eksperimentą, 10–20 kartų pagreitintą nuo tradicinių metodų. Daugelyje jų tirtų smegenų regionų, pavyzdžiui, smegenėlių, jie sugebėjo surinkti dešimtis tūkstančių ląstelių, kurių ankstesni ženklinimo metodai negalėjo pasiekti.
Bandomajame tyrime, naudojant šią naują technologiją, Jin ir jos komandos susidomėjimas buvo padidintas, kai jie pamatė, kad skirtingų tipų ląstelėse genetinis sutrikimas sukelia skirtingus efektus. Tai svarbu, nes tie paveikti ląstelių tipai yra tam tikrų ligų ar genetinių variantų veikimo vietos.
„Nepaisant mažesnio populiacijos atstovų, kai kurie mažai gausūs ląstelių tipai gali turėti didesnį poveikį nei kiti dėl genetinių sutrikimų, o kai sistemingai žiūrime į kitus ląstelių tipus keliuose genuose, matome modelius. Štai kodėl vienos ląstelės skiriamoji geba yra galintis ištirti kiekvieną ląstelę ir kaip kiekviena elgiasi – gali pasiūlyti mums sistemingą vaizdą“, – sako Jin.
Turėdama naują technologiją, Jin planuoja ją pritaikyti, kad geriau suprastų neuropsichiatrines sąlygas ir kaip tam tikri ląstelių tipai atitinka įvairius smegenų regionus. Žengdama į priekį, Jin sako, kad ji džiaugiasi, kad tokio tipo technologija pritaikoma papildomų tipų ląstelėms kituose kūno organuose, siekiant geriau suprasti įvairias ligas, susijusias su audinių, vystymosi ir senėjimu.