محققان اندامک ها را برای مطالعه رشد عصبی انتخاب می کنند

no دو مغز شبیه هم هستند. این در زندگی و علم به خوبی شناخته شده است، اما اینکه چرا مغزها در اختلال طیف اوتیسم (ASD) به طور متفاوت رشد می کنند، یک معمای مداوم در تحقیقات عصبی زیستی است. بسیاری از مطالعات ژنتیکی نشان می‌دهند که ASD احتمالاً در مراحل اولیه جنینی رخ می‌دهد توسعه.¹ با این حال، محققان هنوز در تلاشند تا ژنتیک را به مسیرهای سلولی مرتبط کنند که در طول توسعه ASD متفاوت است.

ما در حال تهیه فهرستی از ژن‌هایی هستیم که در اوتیسم نقش دارند و می‌خواهیم بدانیم که برای هر یک از آنها چه تأثیری بر منشا مغز انسان می‌گذارد؟
یورگن نوبلیچ، موسسه بیوتکنولوژی مولکولی در وین

در حال حاضر، در کار منتشر شده در طبیعتمحققان یک سیستم اختلال ژن خاص اندامکی به نام CRISPR-Human Organelle-Single-Cell RNA Sequencing (CHOOSE) برای مطالعه 36 ایجاد کردند. ژن های تنظیم کننده رونویسی با اتصالات مطمئن به ASD.^2،3 محققان با ایجاد اختلال در ژن ها از طریق ویرایش CRISPR و مطالعه رشد اندامک، عوامل خطر ژنتیکی شناخته شده را به مسیرهای رشدی مرتبط می کنند که هنوز در ASD باید مورد بررسی قرار گیرند.

این متخصص مغز و اعصاب و ژنتیک گفت: دهه ها ادبیات پزشکی وجود دارد که فهرستی از ژن هایی که باعث اختلالات مغزی می شوند تهیه می کنند. یورگن نوبلیچ که رشد مغز را در موسسه بیوتکنولوژی مولکولی در وین مطالعه می کند و نویسنده این مطالعه است. ما در حال تهیه فهرستی از ژن‌هایی هستیم که در اوتیسم نقش دارند و می‌خواهیم برای هر کدام بدانیم که چگونه این ژن بر دودمان مغز انسان تأثیر می‌گذارد؟

برای ایجاد یک سیستم ارگانوئیدی برای تداخل CRISPR، محققان کتابخانه‌ای از RNA‌های راهنما را که ژن‌های ASD را هدف قرار می‌دهند در سلول‌های بنیادی جمع‌آوری کردند و مشاهده کردند که چگونه این سلول‌های بنیادی پس از ویرایش ژن به مغزهای کوچک تبدیل شدند. نابلیچ و تیمش آنالیزهای مولتیومیک را برای مقایسه اندامک های فعال CRISPR و غیر فعال CRISPR انجام دادند و تعیین کردند که هر ژن چگونه بر سرنوشت سلول تأثیر می گذارد. نابلیچ گفت: “هر ژنی در هر نوع تجزیه و تحلیل یک فنوتیپ نمی دهد، اما هر ژن حداقل در یکی از آنها یک فنوتیپ می دهد.” ما می‌توانیم یک فنوتیپ از دست دادن عملکرد را به هر یک از این ژن‌ها اختصاص دهیم، و این کامل بودن است که ارزش دارد.»

محققان نشان دادند که اختلال در ژن‌های ASD با CRISPR چندین مسیر سرنوشت سلولی را در اندامک‌های telencephalic تغییر می‌دهد که دودمان‌های نوع سلولی موجود در بیشتر مغز در حال رشد را مدل‌سازی می‌کنند. آنها شناسایی کردند که کدام سلول های پیش ساز و نورون ها از جمله انواع سلول هایی هستند که در برابر اختلالات ژنی آسیب پذیرتر هستند. محققان همچنین نقش بالقوه رده‌های سلولی الیگودندروسیت را در اختلالات رشد عصبی با واسطه ARID1B ژنرال

جهش در ARID1B می تواند باعث ناتوانی ذهنی و ASD شود. محققان تغییرات رشدی خاص بیمار را با رشد ارگانوئیدها با سلول های بنیادی پرتوان القایی به دست آمده از دو بیمار جداگانه مدل سازی کردند. ARID1B جهش ها شبیه به ARID1Bسلول های مختل شده در صفحه CHOICE، ارگانوئیدهای مشتق شده از بیمار افزایش دودمان الیگودندروسیت را نشان می دهند. هنگامی که محققان به داده های MRI داخل رحمی با وضوح فوق العاده برای یکی از بیماران نگاه کردند، متوجه شدند که ناحیه ای از مغز به نام برجستگی گانگلیونی بزرگ شده است که مطابق با ARID1B اختلالی که بر سرنوشت سلول تأثیر می گذارد.

با انجام غربالگری ژنتیکی، انتخاب یک ژن مورد علاقه، بازگشت به عقب و استخدام بیمارانی که دارای جهش هستند، بررسی آنچه در صفحه نمایش پیدا می کنید، و سپس حتی پیش بینی اینکه مغز چگونه باید باشد و بررسی آن با MRI قبل از تولد، من نابلیچ گفت: فکر می کنم که این به کل تحلیل بسیار بسیار گسترده است. من بسیار مفتخرم که این کار اکنون در مغز انسان امکان پذیر است.

کار Knoblich در میان مجموعه ای از مطالعات اخیر است که با استفاده از CRISPR، کشت های سه بعدی و تجزیه و تحلیل های تک سلولی برای روشن کردن شبکه تنظیمی ژن های رشدی در مغز، از جمله طبیعت انتشارات توسط تیم های جداگانه به رهبری زیست شناسان توسعه عصبی پائولا آرلوتا از دانشگاه هاروارد و سرگیو پاشکا از دانشگاه استنفورد، که همچنین ژن های خطر ASD را مطالعه می کند.^4.5 این مطالعات برای قرار دادن خطر ژنتیکی در یک زمینه بیولوژیکی حیاتی هستند. “عملکرد بیولوژیکی و درک این ژن های خطر مرتبط با اوتیسم به خوبی درک نشده است و این یکی از مطالعاتی است که با هدف درک چگونگی عملکرد این ژن های خطرساز انجام شده است.” گو-لی مینگنوروبیولوژیست در دانشگاه پنسیلوانیا که در این کار دخالتی نداشت.

نابلیچ و تیم تحقیقاتی او با ساخت ارگانوئیدهای مغزی و نقشه‌برداری از سرنوشت سلول‌های فردی، ژنتیک تثبیت‌شده را به مسیرهای رشدی مرتبط می‌سازند که به طور جامعی در نظر گرفته نشده است. یافته‌های آن‌ها همچنین زمینه را به سمت مسیرهای تحقیقاتی نافرجام هدایت می‌کند، مانند بررسی دودمان اولیگودندروسیتی که مورد علاقه ARID1B وقفه. مینگ گفت: «این جنبه جالبی است که فکر نمی‌کنم در مطالعات قبلی نشان داده شده باشد. این چیزی است که فکر می کنم به مسیر جدیدی اشاره می کند.»

منابع

1. ژو یو و همکاران ژنتیک تکاملی مغز انسان. Nat Rev Genet. 2024; 25 (1): 26-45.
2. لی سی و همکاران غربالگری اندامک های تک سلولی مغز نقایص رشدی در اوتیسم را شناسایی می کند. طبیعت. 2023؛ 621 (7978): 373-80.
3. Dixit A و همکاران Perturb-Seq: تشریح مدار مولکولی با پروفایل RNA تک سلولی مقیاس پذیر در صفحات ژنتیکی ادغام شده. سلول. 2016; 167 (7): 1853-1866.e17.
4. پاولسن بی، و همکاران. ژن های اوتیسم در رشد ناهمزمان کلاس های عصبی مشترک جمع می شوند. طبیعت. 2022؛ 602 (7896): 268-73.
5. منگ ایکس و همکاران صفحه نمایش CRISPR اسمبلوئید تأثیر ژن های بیماری را بر رشد عصبی انسان نشان می دهد. طبیعت. 2023؛ 622 (7982): 359-66.