Vedci identifikovali gény, ktoré môžu byť príčinou autizmu. Zistenia znamenajú prínos aj pre klinický výskum ochorenia.
Mikroskopický obraz (horná polovica) a mozaikové zobrazenie (dolná polovica) organoidu ľudského mozgu. Bunky, z ktorých každá nesie inú mutáciu spôsobujúcu autizmus, sú zafarbené odlišne. Zdroj: IMBA/Knoblich Lab
Má ľudský mozog Achillovu pätu, ktorá vedie k autizmu? Prostredníctvom revolučného systému, ktorý v sebe spája technológiu mozgového organoidu a komplexnú genetiku, vedci skúmajú vplyv viacerých mutácií súčasne v jednotlivých bunkách ľudských mozgových organoidov. Výsledky štúdie boli uverejnené v časopise Nature.
Vývoj mozgu v prenatálnom štádiu
Na vývoji ľudského mozgu sa podieľajú jedinečné procesy zodpovedné za budovanie mnohovrstvovej a vzájomne prepojenej mozgovej kôry. Tieto procesy však u človeka prispievajú aj k častým neurologickým vývojovým poruchám. Viaceré gény, ktoré so sebou nesú vysoké riziko vzniku porúch autistického spektra (ASD), sú zároveň rozhodujúce pre vývoj kortexu. Hoci klinické štúdie preukázali príčinnú súvislosť medzi viacerými mutáciami génov a autizmom, stále nie je jasné, ako tieto mutácie vedú k vývojovým poruchám mozgu.
Výskum na ľudskom tkanive
S cieľom skúmať tieto mutácie vedci vyvinuli techniku s názvom CHOOSE (CRISPR-human-organoids-scRNA-seq). Vďaka genetickým nožniciam Crispr/Cas dokážu skúmať genetické a bunkové príčiny autizmu v laboratóriu priamo na ľudskom tkanive.
Mozgové organoidy
Ako vzniká autizmus? Ktoré gény a bunky v ľudskom mozgu prispievajú k jeho rozvoju? Nový organoidný model mozgu umožňuje vedcom z Katedry biosystémov ETH Zürich v Bazileji (Departement Biosysteme der ETH Zürich in Basel) a ich kolegom vo Viedni pátrať po odpovediach na uvedené otázky priamo v ľudských bunkách. Organoidy sú vypestované z tkanivových guľôčok, ktoré majú podobnú stavbu ako ľudské orgány. Ide teda o niečo na spôsob miniatúrnych orgánov.
Revolučný prístup
Vedci vďaka novej metóde, ktorá im umožňuje meniť genetickými nožnicami Crispr/Cas gény v organoidoch, zistili, ktoré genetické prepojenia a v akých typoch buniek mozgu sú zodpovedné za rozvoj autizmu. Podľa Jürgena Knoblicha, vedeckého riaditeľa Inštitútu pre molekulárnu biotechnológiu (Institut für Molekulare Biotechnologie, IMBA) Rakúskej akadémie vied vo Viedni (Österreichische Akademie der Wissenschaften, ÖAW) a spoluautora štúdie, ide o revolučný prístup.
Náš model nám umožňuje bezprecedentný pohľad na jednu z najkomplexnejších porúch ľudského mozgu a je novou nádejou pre klinický výskum autizmu.
Výskum 36 génov spojených s autizmom
Nová metóda, ktorú vyvinuli výskumníci z IMBA vo Viedni vychádzajúc z predošlých metód, im umožnila mozaikovito meniť bunky mozgového organoidu a potom ich systematicky skúmať. V každej bunke zmenili jeden z 36 rôznych génov spojených s autizmom a skúmali vplyvy tohto zásahu. Nová metóda je podľa Knoblicha podstatne rýchlejšia a efektívnejšia.
V jednom jedinom experimente môžeme sledovať dôsledky každej zmeny, čím sa v porovnaní s tradičnými metódami výrazne skracuje čas potrebný na analýzu.
Výhoda ľudského tkaniva
Organoidy majú oproti výskumu na laboratórnych zvieratách výhody, keďže umožňujú výskum ľudských génov a buniek. Má to význam najmä pre neurovedy: za vývoj ľudskej mozgovej kôry (kortexu) sú zodpovedné špecifické procesy, ktoré prebiehajú len v ľudskom mozgu. Neurologické vývojové poruchy u ľudí sú čiastočne spôsobené týmito pre človeka špecifickými procesmi. Aj v prípade mnohých ľudských génov, s ktorými sa spája zvýšené riziko porúch autistického spektra, ide práve o gény, ktoré sú rozhodujúce pre vývoj mozgovej kôry.
Predchádzajúce štúdie preukázali príčinnú súvislosť medzi určitými genetickými mutáciami a autizmom. Vedci však stále nevedia, ako tieto mutácie vedú k poruchám vo vývoji mozgu a k vzniku porúch autistického spektra. Vzhľadom na jedinečnosť vývoja ľudského mozgu je použiteľnosť zvieracích modelov v takýchto prípadoch málo efektívna. „Iba model mozgu človeka môže odrážať komplexnosť a jedinečnosť ľudského mozgu,“ hovorí Knoblich.
Autizmus a vývoj mozgu
Na svojom modeli organoidu mohli vedci ukázať, že genetické zmeny typické pre autizmus postihujú najmä určité typy neurónových prekurzorov. Ide o zakladajúce bunky, z ktorých vznikajú neuróny. „To naznačuje, že sa molekulárne zmeny, ktoré nakoniec vedú k autizmu, vyskytujú už v ranom štádiu vývoja mozgu – počas fetálneho vývoja v maternici,“ hovorí Chong Li, výskumník v IMBA a jeden z dvoch hlavných autorov štúdie. „Niekoľkým typom buniek, ktoré sme identifikovali, by sa mala pri ďalšom výskume génov autizmu venovať väčšia pozornosť.“
Prepojenia medzi génmi
Okrem toho vedci odhalili, že medzi 36 skúmanými génmi, s ktorými sa spája vysoké riziko autizmu, existujú prepojenia. „Pomocou programu, ktorý sme vyvinuli, sa nám podarilo ukázať, že tieto gény sú navzájom prepojené prostredníctvom siete génovej regulácie, vzájomne na seba pôsobia a ich účinky v bunkách sú si podobné,“ hovorí Jonas Fleck, doktorand v skupine profesora Treutleina z ETH a zároveň prvý autor štúdie.
Zdroj: ETH Zürich, OEAW
(zh)
