В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (Heinrich-Heine University Duesseldorf) обнаружили, что помощь в активации митохондриального метаболизма в нервных предшественниках может исправить дефекты активации митохондриального метаболизма в клетках, которые генерируют нейроны.
Синдромом Лея
Синдром Лея — наиболее тяжелое митохондриальное заболевание у детей, вызывающее сильную мышечную слабость, дефекты движений и умственную отсталость. Обычно это приводит к смерти в первые годы жизни. В органоидах головного мозга пациентов с синдромом Лея нейроны не созревают должным образом. Это связано с нарушением активации митохондриального метаболизма в клетках, которые генерируют нейроны, называющиеся предшественники нейронов. В настоящее время нет этиологического лечения синдрома Лея.
Один из генов, зачастую мутирующих у пациентов, — это SURF1, который кодирует белок, участвующий в процессе генерации энергии в клетках. Модели на животных не воспроизводили дефекты, наблюдаемые у пациентов, несущих мутации в SURF1. Поэтому у ученых не было инструмента, чтобы понять механизмы болезни и определять возможные цели для лечения.
Материалы и методы исследования
Ученые использовали 2 стратегии, которые могут быть применимы в клинике:
- коррекция гена с помощью CRISPR/Cas9;
- повышение экспрессии метаболического регулятора PGC1-альфа с помощью препарата Безафибрат, одобренного FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов).
Исследователи разработали первую модель синдрома Лея, вызванного мутациями SURF1. Для этого авторы исследования использовали технологию клеточного перепрограммирования, которая позволяет преобразовывать клетки кожи в стволовые клетки, способные генерировать нейроны. Затем ученые использовали молекулярные ножницы CRISPR/Cas9, чтобы удалить мутацию из клеток пациента и ввести мутации в контрольные клетки.
Результаты исследования
Таким образом, авторы смогли исследовать специфический эффект мутаций SURF1 на контролируемом генетическом фоне. Затем исследователи сгенерировали нейроны и органоиды мозга, которые имеют трехмерную структуру и воспроизводят черты раннего развития человеческого мозга.
Используя эти модели, авторы исследования обнаружили, что нейрональные дефекты, наблюдаемые у пациентов, могут быть вызваны дефицитом энергии, возникающим на уровне нервных предшественников. Эти энергетические дефекты приводят к недостаточному разветвлению нейронов, что вызывает нарушение функции мозга во время развития. Наконец, авторы демонстрируют, что дефекты разветвления нейронов можно исправить, улучшив выход энергии клеток-предшественников с помощью заместительной терапии геном SURF1 или с помощью препарата Безафибрат, который в настоящее время безопасен для клинического применения у детей.
Результаты исследования предоставляют модель для изучения нейрональной патологии синдрома Лея, вызванной мутациями SURF1. Кроме того, результаты указывают на разработку практических стратегий лечения детей, страдающих синдромом Лея.
Авторы другого исследования утверждают, что простой анализ крови поможет диагностировать болезнь двигательных нейронов.
