Метод визначає клітинно-специфічні ефекти мутацій, пов’язаних з аутизмом Домен

a Нова технологія генетичного скринінгу Розкриває, як десятки мутацій, пов’язаних з аутизмом, змінюють долю клітин мозку, що розвиваються в органоїдах.

«Ми хотіли знайти етапи розвитку мозку, які є особливо вразливими» до генетичних мутацій, пов’язаних з аутизмом, каже співголовний дослідник Юрген Кнобліхпрофесор синтетичної біології Віденського медичного університету в Австрії.

Цей підхід базується на технології Noblich Research Group розроблений У 2020 році вивчити гени, пов’язані з мікроцефалією, на предмет їх здатності порушувати ріст клітин. У цьому дослідженні команда використовувала CRISPR для створення набору генетичних мутацій у стовбурових клітинах людини, вирощувала кожну стовбурову клітину в органоїд і використовувала унікальні генетичні штрих-коди для відстеження мутацій, що накопичуються в кожній клітині.

У своїй новій праці, опублікованій у вересні в природиКоманда використала подібний підхід для створення людських органоїдів, що містять мутації в 36 генах, тісно пов’язаних з аутизмом. Кожна мозаїчна клітина-органела містить одну мутацію.

«Це перший раз, коли я бачу стільки генів, досліджених одночасно в одній моделі», — каже він. Флора Ваккаріно, професор нейронаук Єльського університету, який не брав участі в цьому дослідженні. «Це справді дивовижно».

Після того, як організми росли протягом чотирьох місяців і накопичували тисячі клітин з кожною мутацією, Кнобліх і його колеги використовували секвенування одноклітинної РНК для вимірювання чисельності окремих типів клітин.

CОральні органоїди зазвичай вирощують суміш нейронів і гліальних клітин, розташованих шарами, схожими на ті, що спостерігаються в корі головного мозку людини. Дослідники виявили, що мутації в 24 з 36 генів змінили співвідношення збуджуючих нейронів до гальмівних інтернейронів. Приблизно третина мутацій зменшила кількість мезенхімальних клітин-попередників, які дають початок збуджуючим нейронам у кортикальних шарах і вважаються важливими для інтеграції інформації між областями мозку.

«Це питання дисбалансу, здається, є спільним знаменником у патогенезі розладу спектру аутизму», — каже Ваккаріно.

Мутації в одному гені, зокрема, ARID1BЦі результати, за словами Кнобліха, дали одне з «найбільш надійних і цікавих знахідок» в організмах. Мутації ARID1B призводять до того, що більше клітин, ніж зазвичай, стають попередниками олігодендроцитів, що Виробництво електроізоляції навколо нейронів і був пов’язаний з аутизмом.

Дослідження показало, що органоїди мозку, отримані від двох людей з мутаціями ARID1B, показали таке ж нетипове збільшення попередників олігодендроцитів, як і органоїди, розроблені CRISPR. «Ми перейшли від генетичного скринінгу до набору пацієнтів, які вже мають цю мутацію, і я дуже пишаюся тим, що ми змогли просунутися вперед у цьому», — каже Кнобліх.

Копіювання результатів ARID1B в органоїдах, отриманих людиною, було першим кроком до перевірки трансляції результатів дослідження в мозок людини, каже Кнобліх. Ваккаріно додає, що майбутні дослідження повинні продовжувати вивчати більше людей, які мають низку інших генетичних мутацій, пов’язаних з аутизмом.

Усі 36 генів, на яких зосередилася команда Нобліха, пов’язані з регуляцією транскрипції, контролюючи те, як клітини реагують на сигнали всередині та поза клітиною. Але багато інших генів, пов’язаних з аутизмом, пов’язані з формуванням і підтримкою зв’язків між нейронами.

Новий підхід може стосуватися не лише цього набору генів, але й багатьох інших, каже Кнобліх. “Це дуже універсальна технологія. Ми можемо помістити в систему будь-який список генів і використовувати їх у будь-якому органоїді”.