Прорывное открытие: система CHOOSE раскрывает информацию об аутизме

к Матео Гонсалес
5 Комментарии
Autism Genetics

Система CHOOSE, разработанная исследователями из IMBA и ETH Zurich, стала значительным шагом вперед в исследованиях аутизма и открыла глубокое понимание генетической основы аутизма. Эта передовая технология позволяет провести углубленное изучение генетических мутаций в органоидах человеческого мозга, предлагая беспрецедентное понимание основных механизмов аутизма и расширяя ее потенциальное применение в исследованиях заболеваний.

Система CHOOSE, инновационное сочетание органоидов мозга и генетики, совершает революцию в исследованиях аутизма, позволяя детально анализировать мутации и их влияние на развитие мозга.

Обладает ли человеческий мозг уязвимостью, которая в конечном итоге приводит к аутизму? Благодаря этой революционной системе, которая сочетает в себе органоидную технологию мозга со сложной генетикой, исследователи теперь могут всесторонне оценивать эффекты множественных мутаций одновременно и на уровне отдельных клеток в органоидах человеческого мозга.

Эта технология, впервые разработанная учеными из группы Кноблиха в Институте молекулярной биотехнологии (IMBA) Австрийской академии наук и группы Трейтляйна в ETH Zurich, позволяет идентифицировать восприимчивые типы клеток и генные регуляторные сети, которые лежат в основе расстройств аутистического спектра. . Этот инновационный подход приносит луч надежды в область клинических исследований аутизма.

Развитие человеческого мозга и риски РАС

По сравнению с мозгом других видов человеческий мозг обладает уникальными характеристиками. Развитие человеческого мозга зависит от различных процессов, в результате которых формируется сложная, взаимосвязанная кора. Хотя эти процессы уникальны для людей, они также повышают вероятность возникновения нарушений нервного развития, таких как расстройства аутистического спектра (РАС).

Например, многие гены, связанные с высоким риском развития РАС, необходимы для развития коры головного мозга. Несмотря на клинические данные, связывающие множественные генетические мутации с аутизмом, точные механизмы, посредством которых эти мутации влияют на развитие мозга, остаются неясными. Из-за особенностей развития человеческого мозга модели на животных дают ограниченную информацию.

«Как метко выразился научный директор IMBA Юрген Кноблих, один из авторов исследования: «Только человеческая модель мозга может воспроизвести сложность и особенности человеческого мозга».

Инновационная система CHOOSE для генетического скрининга

Чтобы разгадать эту загадку, исследователи из IMBA и ETH Zurich под руководством Юргена Кноблиха и Барбары Тройтляйн разработали метод скрининга полного набора ключевых генов-регуляторов транскрипции, связанных с аутизмом. Эта разработка особенно важна, поскольку она позволяет одновременно исследовать интересующие гены в одном мозаичном органоиде, предвещая эпоху сложного, эффективного и быстрого генетического скрининга в тканях человека.

В недавно созданной системе, известной как «CHOOSE» (CRISPR-humanorganoids-scRNA-seq), каждая клетка внутри органоида несет не более одной мутации в определенном гене РАС. Исследователи могут проследить эффект каждой мутации на уровне отдельной клетки и составить график траектории развития каждой клетки.

Чонг Ли, научный сотрудник группы Кноблиха и первый соавтор исследования, объясняет: «С помощью этой высокопроизводительной методики мы можем систематически инактивировать список генов, вызывающих заболевания. По мере роста органоидов, несущих эти мутации, мы анализируем влияние каждой мутации на развитие каждого типа клеток».

Высокопроизводительный системный подход

Система CHOOSE существенно ускоряет исследования генов, вызывающих заболевания, предлагая исследователям универсальный и высокопроизводительный метод, применимый к любому заболеванию и модельной системе человека. Важно отметить, что CHOOSE значительно ускоряет анализ по сравнению с традиционными методами генетической потери функции.

Кноблих подчеркивает: «Мы можем наблюдать последствия каждой мутации в одном эксперименте, что значительно сокращает время анализа по сравнению с традиционными методами. Этот подход, который раньше был возможен только для таких организмов, как плодовая мушка, позволяет нам использовать столетнюю научную литературу о генах, вызывающих болезни».

Одновременная мутация нескольких генов и отслеживание их последствий позволяют получить огромные объемы данных. Чтобы расшифровать этот сложный набор данных, Барбара Тройтляйн, соавтор, и ее команда из ETH Zurich используют подходы количественной биоинформатики и машинного обучения.

«Используя эти высокопроизводительные данные об экспрессии отдельных клеток, мы можем количественно оценить изменения в численности типов клеток из-за данной мутации и идентифицировать наборы генов, на которые влияет каждая мутация. Сравнивая все генные мутации, мы можем восстановить фенотипический ландшафт этих генетических нарушений, связанных с болезнями», — уточняет Трейтлейн.

Изучение аутизма в процессе развития

Используя систему CHOOSE, исследователи обнаружили, что мутации в 36 генах, связанные с высоким риском развития аутизма, приводят к специфическим изменениям типов клеток в процессе развития мозга человека. Они выявили критические транскрипционные изменения, регулируемые общими сетями, известными как «сети регуляции генов» (GRN). Ли поясняет: «GRN — это набор молекулярных регуляторов, которые взаимодействуют, контролируя определенную функцию клетки. Мы продемонстрировали, что некоторые типы клеток более восприимчивы, чем другие, в процессе развития мозга, и определили сети, наиболее уязвимые к мутациям аутизма».

Кноблих добавляет: «Благодаря этому подходу мы узнали, что гены, вызывающие аутизм, имеют некоторые общие молекулярные механизмы. Однако эти механизмы могут привести к заметно разным эффектам в разных типах клеток».

Далее Ли отмечает: «Некоторые типы клеток более уязвимы к мутациям, ведущим к аутизму, особенно некоторые нейронные предшественники — клетки-основатели, которые генерируют нейроны. Это говорит о том, что патология аутизма может возникнуть на ранних стадиях развития мозга. Это подчеркивает важность изучения конкретных типов клеток при исследовании генов аутизма».

Чтобы подтвердить значимость этих результатов для заболеваний человека, исследователи в сотрудничестве с клиницистами из Венского медицинского университета создали органоиды головного мозга из образцов стволовых клеток двух пациентов с мутациями в одном и том же гене, связанным с аутизмом.

Кноблих утверждает: «Органоиды обоих пациентов имели дефекты развития, связанные с определенным типом клеток. Мы подтвердили эти наблюдения, сравнив органоидные структуры с пренатальными МРТ головного мозга одного пациента. Это продемонстрировало тесное соответствие между данными по органоидам и клиническими наблюдениями».

За пределами мозга и аутизма…

Помимо получения беспрецедентного понимания патологии аутизма, исследователи подчеркивают универсальность и применимость системы CHOOSE. Кноблих подчеркивает: «Мы ожидаем, что наша техника найдет широкое применение за пределами органоидов мозга в изучении различных генов, связанных с заболеваниями».

Благодаря этому инновационному методу ученые и врачи теперь обладают надежным, точно контролируемым высокопроизводительным инструментом скрининга, который значительно сокращает время анализа и дает бесценную информацию о механизмах заболевания.

Ссылка: «Одноклеточный скрининг органоидов головного мозга выявляет дефекты развития при аутизме» Чонг Ли, Йонас Саймон Флек, Катарина Мартинс-Коста, Томас Р. Буркард, Ян Теманн, Марлен Штюмпфлен, Анджела Мария Пер, Абель Вертези, Джейми Б. Литтлбой , Кристофер Эск, Ульрих Эллинг, Грегор Касприан, Нина С. Корсини, Барбара Тройтляйн и Юрген А. Кноблих, опубликовано 13 сентября 2023 г. в журнале Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06473-y

Научный директор IMBA Юрген Кноблих также занимает должность профессора синтетической биологии в Венском медицинском университете.

Финансирование этого исследования было предоставлено несколькими организациями, в том числе Инициативой по исследованию аутизма Фонда Саймонса, Федеральным министерством образования, науки и исследований Австрии, городом Вена, Австрийским научным фондом, Европейским исследовательским советом, Инициативой Чана Цукерберга, Фондом сообщества Кремниевой долины, Швейцарией. Национальный научный фонд, Национальный центр компетенции в области исследовательской молекулярной системной инженерии и Европейская организация молекулярной биологии.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о генетике аутизма

Что такое система CHOOSE и как она связана с исследованиями аутизма?

Система CHOOSE — это передовая технология, разработанная исследователями из IMBA и ETH Zurich. Это позволяет детально изучать генетические мутации в органоидах человеческого мозга, обеспечивая глубокое понимание механизмов, лежащих в основе аутизма. Это имеет важное значение для исследований аутизма.

Почему важно изучать генетику аутизма?

Понимание генетики аутизма имеет решающее значение, поскольку оно помогает выявить коренные причины и механизмы расстройства. Эти знания могут привести к созданию более эффективных диагностических инструментов, методов лечения и вмешательств для людей с аутизмом.

Как работает система ВЫБОР?

Система CHOOSE объединяет органоиды мозга и генетику. Каждая клетка внутри органоида несет не более одной мутации в определенном гене, связанном с аутизмом. Затем исследователи смогут проанализировать последствия этих мутаций на уровне отдельных клеток, предоставив подробное представление о том, как они влияют на развитие мозга.

Что отличает развитие человеческого мозга от других видов и почему это важно для исследований аутизма?

Развитие человеческого мозга уникально и зависит от процессов, специфичных для человека, что делает его более сложным. Эта уникальность также делает у людей более вероятными расстройства нервного развития, такие как аутизм. Понимание этих различных процессов необходимо для понимания того, как генетические мутации приводят к аутизму.

Что такое сети регуляции генов (GRN) и почему они важны в этом исследовании?

Генные регуляторные сети (GRN) представляют собой наборы молекулярных регуляторов, которые контролируют определенные функции клеток. Выявление GRN, на которые влияют мутации, связанные с аутизмом, помогает точно определить основные механизмы расстройства. Это дает представление о том, почему определенные типы клеток более уязвимы к этим мутациям во время развития мозга.

Как результаты системы CHOOSE могут принести пользу клиническим исследованиям аутизма?

Данные системы CHOOSE о генетике аутизма и развитии мозга предоставляют ценные знания врачам. Это позволяет подтвердить результаты наблюдений in vitro с использованием полученных от пациентов органоидов мозга, улучшая наше понимание аутизма и потенциально приводя к более целенаправленной терапии.

Каковы более широкие последствия системы CHOOSE помимо исследований аутизма?

Универсальность системы CHOOSE выходит за рамки исследований аутизма. Его можно применять для изучения различных генов, связанных с заболеваниями, обеспечивая высокопроизводительный инструмент скрининга, который ускоряет анализ механизмов заболевания. Эта технология имеет потенциал для продвижения исследований во многих областях.

Подробнее о генетике аутизма

Вам также может понравиться

5 Комментарии

ГрамматикаПолиция 1ТП2Т - 1ТП3Т

Орфографические ошибки отвлекают, но информация увлекательна!

Отвечать
ЛюбопытныйКошка 1ТП2Т - 1ТП3Т

они говорили о сетях генного регулирования, хотя не знаю, что это такое.

Отвечать
Читатель456 1ТП2Т - 1ТП3Т

вау, такая классная штука. генетика такая интересная, мне нравится, как учёные проводят эти исследования.

Отвечать
НаукаБотаник101 1ТП2Т - 1ТП3Т

Я в восторге от системы ВЫБЕРИТЕ, она поможет нам выявить аутизм!

Отвечать
ИсследованияGeek 1ТП2Т - 1ТП3Т

Ссылки удобны для получения дополнительной информации, спасибо!

Отвечать

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский