GENOM DÜZENLEME TEKNOLOJİSİ İLE OTİSTİK MAYMUN MODELİ

Genom düzenlemeyi kullanan sinirbilimciler otizm için yeni bir maymun modeli geliştirdiler

Araştırmacılar, otizmle ilişkili bir gen varyantını maymunlara transfer yaparak ciddi nörogelişimsel bozukluklar için yeni tedavi seçeneklerini incelemeyi ümit ediyorlar.

Genom düzenleme sistemi CRISPR'ı kullanan MIT ve Çin'deki araştırmacılar, insanlardaki otizm ve diğer nörogelişimsel bozukluklarla bağlantılı bir gen mutasyonunu ifade etmek için makak maymunlarını tasarladılar. Bu maymunlar, bu koşullarda insanlarda görülenlere benzer davranışsal özellikler ve beyin bağlanma düzenlerini gösterir.

Otizm ve diğer nörogelişimsel bozuklukların fare çalışmaları, klinik denemelerde test edilmiş ilaç adayları vermiştir, ancak hiçbiri başarılı olmamıştır. Pek çok ilaç firması bugüne kadarki zayıf kayıt nedeniyle bu tür ilaçların testinden vazgeçti.

Bununla birlikte, yeni model türü bilim adamlarının bazı nörogelişimsel bozukluklar için daha iyi tedavi seçenekleri geliştirmelerine yardımcı olabilir, diyor MIT’in McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü’nün James W. ve Patricia Poitras Nörobilim Profesörü Guoping Feng ve bir Çalışmanın kıdemli yazarlarından.

“Amacımız otizmin sinirsel biyolojik mekanizmasını daha iyi anlamamıza yardımcı olacak bir model oluşturmak ve nihayetinde insanlarda kullanılabilecek tedavi seçeneklerini keşfetmektir” diyor. 

“Otizm spektrum bozukluğu için acilen yeni tedavi seçeneklerine ihtiyacımız var ve farelerde geliştirilen tedaviler şimdiye kadar hayal kırıklığı yaratıyor. Fare araştırması çok önemli olmakla birlikte, temel genetik modellerin bazı ciddi otizm türleri için daha iyi ilaçlar ve hatta gen tedavileri geliştirmemize yardımcı olacağına inanıyoruz, ”diyor MIT’in McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü Müdürü Robert Desimone ve Don Berkey Sinirbilim Profesörü ve makalenin yazarı.

GEN ÇEŞİTLERİ
Bilim adamları, otizm spektrum bozukluğu ile ilişkili yüzlerce genetik varyant tanımlamış, bunların çoğu bireysel olarak sadece küçük bir risk derecesi kazanmıştır. Bu çalışmada araştırmacılar, Shank3 olarak bilinen güçlü bir ilişkiye sahip bir gene odaklanmışlardır. Otizmle olan bağlantısına ek olarak, Shank3'ün mutasyonları veya silinmeleri, en yaygın özellikleri entelektüel bzukluk,  konuşma ve uyku bozukluğu tekrarlayan davranışları içeren Phelan-McDermid Sendromu olarak adlandırılan nadir bir hastalığa neden olabilir. Bu bireylerin çoğunda, semptomların çoğunun üst üste binmesi nedeniyle otizm spektrum bozukluğu tanısı konur.

Shank3 tarafından kodlanan protein sinapslarda bulunur - beyin hücreleri arasındaki bağlantı, birbirleriyle iletişim kurmalarını sağlar. Motor planlaması, motivasyonu ve alışkanlık davranışlarında rol alan striatum adlı beynin bir bölümünde özellikle aktiftir. 

Feng ve meslektaşları daha önce Shank3 mutasyonları olan fareler üzerinde çalıştılar ve sosyal etkileşimin önlenmesi ve obsesif, tekrarlayan davranışlar da dahil olmak üzere otizmle ilişkili özelliklerin bazılarını gösterdiklerini keşfettiler.

Feng, fare çalışmalarının hastalığın moleküler temelleri hakkında çok fazla bilgi sağlayabilmesine rağmen, nörogelişimsel bozuklukları incelemek için bunları kullanmanın sakıncaları olduğunu söylüyor. Özellikle, fareler, karar alma, odaklanmış dikkati sürdürme ve genellikle beyin rahatsızlıklarından etkilenen sosyal ipuçlarını yorumlama gibi benzersiz primat özelliklerinin merkezi olan gelişmiş prefrontal kortekse sahip değildir.

CRISPR genom düzenleme tekniğinin son gelişmesi, daha önce yapılması çok zor olan makak maymunlarına gen varyantları tasarlamanın bir yolunu sundu. CRISPR, Cas9 adlı bir DNA makas enziminden ve enzimi genomun belirli bir bölgesine yönlendiren kısa bir RNA dizisinden oluşur. Genleri parçalamak veya belirli bir yere yeni genetik dizileri aktarmak için kullanılabilir.

Primat üreme teknolojisinin Amerika Birleşik Devletleri'nden çok daha gelişmiş olduğu Çin merkezli araştırma ekibinin üyeleri, CRISPR bileşenlerini döllenmiş makak yumurtalarına enjekte ederek Shank3 mutasyonunu taşıyan embriyoları üretti.

Verilerin çoğunun analiz edildiği MIT'deki araştırmacılar, Shank3 mutasyonlarına sahip olan makakların, mutasyona uğramış genle insanlarda görülenlere benzer davranış kalıpları gösterdiğini bulmuşlardır. Gece boyunca sık sık uyanma eğilimindeydiler ve tekrarlayan otistik davranışlar gösterdiler. Ayrıca diğer makaklardan daha az sosyal etkileşim kurmuşlardı.

Manyetik rezonans görüntüleme (MRG) taramaları da otizm spektrum bozukluğu olan insanlara benzer patalojileri ortaya çıkardı. Nöronlar, duyusal ve motor sinyallerini ileten ve aynı zamanda uyku düzenlemesine katılan talamusun yanı sıra striatumda da fonksiyonel bağlantıda azalma olduğunu gösterdi. Bu arada, duyusal korteks de dahil olmak üzere diğer bölgelerde bağlantı güçlendirildi.

Sinirbilim ve psikoloji profesörü olan Michael Platt, makak modellerinin, davranış belirtileri ve altta yatan nörobiyolojinin genellikle insanlarda görülenlerden farklı olduğu farelerde nörolojik hastalıkları incelemenin bazı sınırlarının üstesinden gelmeye yardımcı olması gerektiğini söyledi.

Araştırmacılar, “Makak modeli, insan davranış fenotipinin çok daha eksiksiz bir yeniden özetlemesi gösterdiğinden, ilaç veya başka bir müdahale olup olmadığına bakılmaksızın, herhangi bir özel tedavinin, temel semptomlara yönelik derecesini belirleme şansımızın daha yüksek olması gerektiğini düşünüyorum diyor.

İLAÇ GELİŞTİRME
Gelecek yıl içinde araştırmacılar otizmle ilişkili semptomları etkileyebilecek test tedavilerine başlamayı umuyor. Ayrıca, MRI taramalarında görülen, fonksiyonel fonksiyonel beyin bağlanma düzenleri gibi biyobelirteçleri tanımlamayı ve ilaç tedavisinin bir etkisi olup olmadığını değerlendirmelerine yardımcı olmayı umuyorlar.

Benzer bir yaklaşım, Rett Sendromu ve Fragile X Sendromu gibi iyi karakterize edilmiş genetik mutasyonların neden olduğu diğer nörolojik bozuklukların incelenmesi için de faydalı olabilir. Kırılgan X, dünyada yaklaşık 4.000 erkekten 1'ini ve 8.000 kadından 1'ini etkileyen en yaygın kalıtımsal zihinsel engellilik şeklidir. Daha nadir görülen ve neredeyse yalnızca kızları etkileyen Rett Sendromu, dil ve motor becerilerinde ciddi bozukluklar yaratır ve ayrıca nöbet ve solunum problemlerine neden olabilir.

Feng, “Fare modellerinin sınırlamaları göz önüne alındığında, hastalar gerçekten umut vermek için bu tür bir ilerlemeye ihtiyaç duyuyor” diyor. “Bu tedavilerin geliştirilmesinde başarılı olup olmayacağını bilmiyoruz, ancak önümüzdeki birkaç yıl içinde bunun bulguların bir kısmını laboratuardan kliniğe çevirmemize nasıl yardımcı olabileceğini göreceğiz.”

03/07/2019

Kaynak: Zhou Y, et al. Atypical behaviour and connectivity in SHANK3-mutant macaques. Nature. Online June 12, 2019. DOI: 10.1038/s41586-019-1278-0