به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، برای بررسی علل ژنتیکی اختلال طیف اوتیسم، تیم تحقیقاتی دانشگاه کوبه یک بانک متشکل از ۶۳ رده سلول یبنیادی جنینی موش ساخته‌اند که شامل جهش‌های مرتبط‌‌ ترین با این اختلال است. این دستاورد با توسعه روشی جدید و کارآمدتر برای تغییر ژنوم سلول‌های بنیادی جنینی امکان‌پذیر شد. اگرچه تاثیر ژنتیک بر توسعه اختلال طیف اوتیسم به خوبی شناخته شده است، اما هنوز علت دقیق و سازوکار آن مشخص نشده است. برای مطالعه زمینه زیستی بیماری‌ها، پژوهشگران از مدل‌ها استفاده می‌کنند: مدل‌های سلولی به ما اجازه می‌دهند تا تاثیر تغییرات ژنی بر شکل و عملکرد سلول را بررسی کنیم، در حالی که مدل‌های حیوانی نشان می‌دهند که تغییرات در اجزای سلولی چگونه بر سلامت و رفتار تأثیر می‌گذارند.

اختلال طیف اوتیسم

اختلال طیف اوتیسم (ASD) یک اختلال نورودولوپمنتال با وراثت قوی است که با مشکلات اجتماعی، علایق محدود و رفتارهای تکراری مشخص می‌شود. اگرچه تنوع قابل توجهی در ژنتیک و فنوتیپ‌های بالینی ASD گزارش شده است، پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری‌های توالی‌یابی، تعداد زیادی از تغییرات تک‌نوکلئوتیدی تازه به وجود آمده (SNV) و تغییرات در تعداد کپی ژن‌ها (CNV) مرتبط با ASD را شناسایی کرده‌اند. CNVها معمولاً شامل چندین ژن به همراه عناصر تنظیمی مانند پروموترها، تقویت‌کننده‌ها و مهارکننده‌ها در ژنوم هستند که ممکن است به پیچیدگی و همراهی‌های بیماری ASD کمک کنند. بنابراین، تحلیل چندین CNV در یک پلتفرم آزمایشی یکسان برای شناسایی مسیرها و شبکه‌های مولکولی مشترک در پاتوفیزیولوژی ASD ایده‌آل است.

شیوه مطالعاتی

داده‌های ژنتیکی انسانی از طریق همکاری‌های بین‌المللی مختلف در دسترس قرار گرفته و در پایگاه‌های داده تحت وب مانند طرح تحقیقاتی بنیاد سیمونز در مورد اوتیسم (SFARI) گردآوری شده‌اند تا بتوانند انواع متنوع ژنتیکی یافت شده در بیماران ASD را ثبت کنند. این داده‌های ژنتیکی انسانی همچنین چندین CNV را شناسایی کرده‌اند که در بیماران ASD همراه با اختلالات ذهنی (ID) و همچنین در سایر بیماری‌های روان‌پزشکی مانند اسکیزوفرنی و اختلال دوقطبی مشاهده می‌شود. به‌ویژه، ۷۰٪ بیماران ASD به نوعی از اختلال ذهنی مبتلا هستند. تحقیقات زیستی مبتنی بر شواهد ژنتیکی هنوز به دلیل کمبود منابع زیستی استاندارد چالش‌برانگیز است. برای غلبه بر این محدودیت‌ها، ما بانک سلولی CNVهای مرتبط با ASD را به عنوان منبع زیستی برای ASD با استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی موش (mESCs) همراه با «تکنیک مهندسی کروموزوم نسل بعد» مبتنی بر سیستم CRISPR-Cas9 توسعه دادیم. این روش به ما امکان می‌دهد تا نرخ ویرایش کروموزوم بالاتری را از طریق تعمیر هدایت‌شده توسط همولوژی (HDR) پس از ایجاد شکست دو رشته‌ای DNA (DSB) در نقاط هدف به دست آوریم. این منبع زیستی منحصر به فرد شامل ۶۳ مدل mESC از CNVها با حذف‌ها و تکثیرهایی است که ۵۸ لوکوس کروموزومی انسانی را پوشش می‌دهد و ۱۷۳ وکتور برای ویرایش ژنوم و هدف‌گیری این لوکوس‌ها را شامل می‌شود. این مدل‌های mESC به عنوان منبع زیستی مزایای قابل توجهی برای تولید موش‌های جهش‌یافته، پیوند به حیوانات زنده و تکمیل بلاستوسیت برای ارزیابی رشد عصبی و مورفوژنز محیط مغز در شرایط درون‌زیستی فراهم می‌کنند. علاوه بر این، ما مدل موش جدیدی از ASD با حذف ایجاد کردیم که هر دو ژن Chrna7 و Otud7a را حذف می‌کند تا رده سلولی خود و ارتباط آن با ASD را اعتبارسنجی کنیم. در این مطالعه، ۶۳ رده سلولیبا CNVهای مرتبط با ASD ایجاد کردیم. آن‌ها را به سلول‌های عصبی با استفاده از ۱۲ رده سلولی نماینده تمایز دادیم. در نهایت، ویژگی‌هایی که به طور مشترک در ASD دچار اختلال تنظیم بودند را با به‌کارگیری رویکردهای چندرشته‌ای مانند تحلیل‌های مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و توالی‌یابی تک‌سلولی شناسایی کردیم.

ایجاد رده سلولی بنیادی جنینی موش با اختلال اوتیسم

با وجود تفاوت‌های قابل توجه بین موش‌ها و انسان‌ها، بسیاری از ژن‌های ایجادکننده بیماری‌ها بسیار شبیه هستند و شرایط مشابهی را در این گونه‌ها ایجاد می‌کنند."یکی از مشکلات، نبود مدل زیستی استاندارد برای مطالعه اثرات جهش‌های مختلف مرتبط با اختلال طیف اوتیسم است. این مسئله تشخیص اینکه آیا این جهش‌ها اثرات مشترک دارند یا چه چیزی خاص سلول‌های مشخصی است را دشوار می‌کند. از این رو، دوازده سال پیش تکو می و تیمش تصمیم گرفتند این مشکل را برطرف کنند. آنها که متخصص مطالعه مدل‌های موشی این اختلال بودند، تکنیک‌های سنتی دستکاری سلول‌های بنیادی جنینی موش سلول‌هایی که می‌توان آن‌ها را به تقریباً هر نوع سلولی در بدن تبدیل کرد را با سیستم نوظهور و بسیار دقیق و آسان کنترل CRISPR ترکیب کردند. این روش جدید، در ایجاد گونه‌های ژنتیکی مختلف این سلول‌ها بسیار موثر بود و به تیم دانشگاه کوبه امکان داد بانک ۶۳ رده سلولی بنیادی جنینی موش را با جهش‌های مرتبط قوی با اختلال طیف اوتیسم ایجاد کنند.

یافته‌های مطالعه

در مجله Cell Genomics، تکو می و تیمش نتایج پژوهش خود را منتشر کرده‌اند که نشان می‌دهد آنها توانسته‌اند این سلول‌ها را به انواع مختلفی از سلول‌ها و بافت‌ها تبدیل کنند و حتی موش‌های بالغی با این گونه‌های ژنتیکی تولید کنند. تحلیل این موش‌ها ثابت کرد که این خطوط سلولی مدل‌های مناسبی برای مطالعه اختلال طیف اوتیسم هستند. همچنین این رده های سلولی امکان انجام تحلیل‌های داده‌ای وسیع را فراهم کردند تا ژن‌هایی که بیش‌فعال شده‌اند و نوع سلول‌هایی که این فعالیت در آنها رخ می‌دهد، به وضوح شناسایی شوند. یکی از یافته‌های مهم تحلیل داده‌ها این بود که جهش‌های ایجادکننده اوتیسم اغلب منجر به ناتوانی نورون‌ها در حذف پروتئین‌های شکل‌نامناسب می‌شود. "این نکته بسیار جالب است، چون تولید محلی پروتئین‌ها ویژگی منحصر به فرد نورون‌هاست و نبود کنترل کیفیت این پروتئین‌ها ممکن است عامل اصلی نقص‌های نورونی باشد،" تکو می توضیح می‌دهد. این عصب‌شناس دانشگاه کوبه انتظار دارد که این دستاورد تیمش که در دسترس پژوهشگران دیگر قرار گرفته و می‌تواند به راحتی با تکنیک‌های آزمایشگاهی دیگر ترکیب و برای اهداف مختلف تنظیم شود، منبع ارزشمندی برای جامعه علمی باشد که به مطالعه اوتیسم و یافتن اهداف دارویی می‌پردازد. او اضافه می‌کند: "جالب اینجاست که گونه‌های ژنتیکی که ما مطالعه کردیم، در اختلالات روان‌پزشکی دیگر مانند اسکیزوفرنی و اختلال دو قطبی نیز نقش دارند. بنابراین، این بانک ممکن است برای مطالعه شرایط دیگر نیز مفید باشد."

پایان مطلب/.