Синдром ломкой Х-хромосомы вызван мутациями в гене FMR1 на Х-хромосоме, которые препятствуют экспрессии гена. Было показано, что это отсутствие белка, кодируемого FMR1 во время развития мозга, вызывает перевозбуждение нейронов, связанных с синдромом. Теперь исследователи из Института Уайтхеда впервые восстановили активность гена синдрома ломкой Х-хромосомы в пораженных нейронах, используя разработанную ими модифицированную систему CRISPR / Cas9, которая удаляет метилирование — молекулярные метки, которые блокируют работу мутантного гена. что этот метод может оказаться полезной парадигмой для лечения заболеваний, вызванных аномальным метилированием.Исследование лаборатории члена-учредителя Института Уайтхеда Рудольфа Яениша, которое описано онлайн на этой неделе в журнале Cell, является первым прямым доказательством того, что удаление метилирования из определенного сегмента в локусе FMR1 может реактивировать ген и спасти нейроны синдрома ломкой Х-хромосомы. .Последовательность гена FMR1 включает серию из трех нуклеотидных (CGG) повторов, и длина этих повторов определяет, разовьется ли у человека синдром ломкой Х-хромосомы: нормальная версия гена содержит от 5 до 55 повторов CGG; версии с 56-200 повторами считаются более подверженными риску возникновения некоторых симптомов синдрома; а версии с более чем 200 повторами вызывают синдром ломкой Х-хромосомы.
До сих пор механизм, связывающий избыточные повторы в FMR1 с синдромом ломкой Х-хромосомы, не был хорошо изучен. Но Шон Лю, постдокторский исследователь в лаборатории Яениша и первый автор исследования Cell, и другие считали, что метилирование, покрывающее эти нуклеотидные повторы, может сыграть важную роль в прекращении экспрессии гена.
Чтобы проверить эту гипотезу, Лю удалил метки метилирования из повторов FMR1, используя методику на основе CRISPR / Cas9, недавно разработанную им и Хао Ву, бывшим докторантом в лаборатории Jaenisch. Этот метод позволяет добавлять или удалять метки метилирования из определенных участков ДНК. Удаление меток восстановило экспрессию гена FMR1 до уровня нормального гена.
«Эти результаты весьма удивительны — эта работа привела к почти полному восстановлению уровней экспрессии гена FMR1 дикого типа», — говорит Яениш, профессор биологии Массачусетского технологического института и старший автор исследования. «Часто, когда ученые тестируют терапевтические вмешательства, они достигают лишь частичного восстановления, поэтому эти результаты существенны».Реактивированный ген FMR1 спасает нейроны, полученные из плюрипотентных стволовых (iPS) клеток, индуцированных синдромом ломкой Х-хромосомы, обращая вспять аномальную электрическую активность, связанную с синдромом.
Когда спасенные нейроны были имплантированы в мозг мышей, ген FMR1 оставался активным в нейронах в течение по крайней мере трех месяцев, предполагая, что скорректированное метилирование может быть устойчивым у животного.«Мы показали, что это заболевание обратимо на уровне нейронов», — говорит Лю. «Когда мы удалили метилирование повторов CGG в нейронах, происходящих из iPS-клеток с синдромом ломкой Х-хромосомы, мы достигли полной активации FMR1».Метод на основе CRISPR / Cas-9 может также оказаться полезным при других заболеваниях, вызванных аномальным метилированием, включая фасциально-плечевую мышечную дистрофию и болезни импринтинга.
«Эта работа подтверждает подход к метилированию генов, и это будет парадигмой для ученых, которые будут следовать этому подходу в отношении других заболеваний», — говорит Яениш.