Sindrome di Rett: migliore comprensione delle cause

Sindrome di Rett-Immagine: mappa epigenomica integrata di MECP2 nei neuroni normali e nella sindrome di Rett. Credito: Erika Wang/MIT-

La sindrome di Rett è un raro disturbo dello sviluppo neurologico per il quale attualmente non esiste una cura o una buona terapia. Provoca gravi sintomi fisici e cognitivi, inclusi molti che si sovrappongono al disturbo dello spettro autistico.

La sindrome di Rett è causata da mutazioni del gene MECP2, che è altamente espresso nel cervello e sembra svolgere un ruolo importante nel mantenimento della salute dei neuroni. Il gene è localizzato sul cromosoma X e la sindrome colpisce soprattutto le ragazze. Per sviluppare terapie per la sindrome di Rett, i ricercatori vogliono capire meglio il MECP2 e le sue funzioni nel cervello.

I ricercatori, tra cui il membro fondatore del Whitehead Institute Rudolf Jaenisch, studiano il MECP2 da decenni, eppure molti fatti fondamentali sul gene sono rimasti sconosciuti. La proteina MECP2 codificata dal gene è coinvolta nella regolazione genetica; si lega al DNA e influenza il livello di espressione di vari altri geni, ovvero la quantità di proteine ​​prodotte da essi.

Tuttavia, i ricercatori non disponevano di un elenco completo dei geni colpiti da MECP2, né esisteva un consenso sull’effetto che MECP2 ha su tali geni.

Le prime ricerche su MECP2 suggerivano che fosse un repressore, diminuendo l’espressione dei suoi geni bersaglio, ma la ricerca di Jaenisch e altri, aveva precedentemente scoperto che MECP2 agisce anche come attivatore, aumentando l’espressione dei suoi geni bersaglio e che potrebbe essere principalmente un attivatore. Inoltre non era noto il meccanismo d’azione di MECP2 o ciò che effettivamente fa la proteina che porta a cambiamenti nell’espressione genetica.

Le limitazioni della tecnologia hanno impedito ai ricercatori di ottenere chiarezza su queste domande. Tuttavia, Jaenisch, postdoc nel  laboratorio Yi Liu e del laboratorio di Jaenisch Anthony Flamier, ora assistente Professore presso il Centro di ricerca CHU Sainte-Justine presso l’Università di Montréal, hanno utilizzato tecniche all’avanguardia per rispondere a queste domande in sospeso su MECP2 e acquisire nuove conoscenze sul suo ruolo nella salute e nelle malattie del cervello.

I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Neuron il 1 maggio e i ricercatori hanno anche creato un archivio online dei loro dati MECP2, il portale MECP2-NeuroAtlas, come risorsa per altri ricercatori.

“Penso che questo articolo cambierà drasticamente il modo in cui i ricercatori pensano che MECP2 causi la sindrome di Rett. Abbiamo una comprensione completamente nuova del meccanismo e ciò potrebbe fornire nuovi modi per affrontare lo sviluppo di trattamenti per il disturbo“, afferma Jaenisch, che è anche Professore di biologia presso il Massachusetts Institute of Technology.

Rafforzare l’immagine di MECP2 nel cervello

In primo luogo, i ricercatori hanno creato una mappa completa di dove nella sequenza dei geni neuronali umani si lega MECP2, all’interno dei geni o nelle regioni regolatrici del DNA vicine ad essi. Hanno utilizzato un approccio chiamato CUT&Tag in grado di identificare le interazioni proteiche con il DNA con alta risoluzione.

I ricercatori hanno scoperto più di quattromila geni legati da MECP2. I ricercatori hanno ripetuto la loro mappatura nei neuroni con mutazioni comuni di MECP2 legate a Rett, per determinare dove MECP2 è impoverito in uno stato patologico.

Sapere a quali geni si lega MECP2 ha permesso a Liu e Flamier di iniziare a tracciare connessioni tra gli obiettivi di MECP2 e la salute del cervello. I ricercatori hanno scoperto che molti dei suoi bersagli sono coinvolti nello sviluppo e nel funzionamento degli assoni e delle sinapsi neuronali.

Hanno anche confrontato il loro elenco di obiettivi MECP2 con il database dei geni legati all’autismo della Simons Foundation Autism Research Initiative (SFARI) e hanno scoperto che 381 geni in quel database sono presi di mira da MECP2.

Questi risultati possono aiutare a restringere il campo dei meccanismi alla base dei sintomi simili all’autismo della sindrome di Rett e forniscono un buon punto di partenza per indagare su un possibile ruolo di MECP2 nell’autismo.

“Abbiamo creato la prima mappa epigenomica integrata di MECP2 in uno stato di salute e di malattia, e questa mappa può guidare la ricerca futura”, afferma Liu. “Sapere quali geni MECP2 prende di mira e quali geni sono direttamente disregolati nella malattia, fornisce una solida base per comprendere la sindrome di Rett e porre domande sulla regolazione dei geni neuronali“.

I ricercatori hanno anche esaminato se MECP2 aumenta o diminuisce l’espressione dei suoi geni bersaglio. Coerentemente con una storia in cui MECP2 è stato identificato da alcuni come un attivatore e da altri come un repressore, Liu e Flamier hanno trovato casi in cui MECP2 svolgeva entrambi i ruoli.

Tuttavia, mentre MECP2 è più comunemente considerato un repressore, Liu e Flamier hanno scoperto che si tratta principalmente di un attivatore, confermando i risultati precedenti di Jaenisch e Liu. Un nuovo esperimento ha indicato che MECP2 attiva almeno l’80% dei suoi bersagli, mentre un altro ha indicato che ne attiva fino all’88%.

La mappa dei geni bersaglio elaborata dai ricercatori ha fornito ulteriori informazioni sul ruolo attivatore di MECP2. Hanno scoperto che per i geni attivati ​​da MECP2, in genere si lega ad una regione del DNA a monte del gene chiamata sito di inizio della trascrizione.

Questo sito è dove il macchinario cellulare avvia il processo di trascrizione o lettura del gene nell’RNA, dopo di che l’RNA viene tradotto in una proteina funzionale che è il prodotto dell’espressione genica. La presenza di MECP2 nel sito di inizio della trascrizione, dove inizia l’espressione genica, è coerente con il suo ruolo di attivatore genetico.

Successivamente, i ricercatori hanno deciso di determinare quale sia il ruolo di MECP2 nell’attivazione genetica. Hanno studiato a quali molecole si lega MECP2 in questo sito, oltre al DNA e hanno scoperto che MECP2 interagisce direttamente con un complesso proteico chiamato RNA polimerasi II (RNA Pol II) che è la macchina cellulare chiave che trascrive il DNA in RNA. L’RNA Pol II non è in grado di localizzare i geni da solo, quindi richiede una pletora di cofattori o proteine ​​collaboratrici che lo aiutino a svolgere il suo lavoro.

I ricercatori propongono che MECP2 serva come uno di questi cofattori, aiutando l’RNA Pol II ad avviare la trascrizione nei geni dove si lega MECP2. L’analisi strutturale di MECP2 ha identificato le parti della molecola che legano RNA Pol II e altri esperimenti hanno confermato che la perdita di MECP2 diminuisce la presenza di RNA Pol II nei siti di inizio della trascrizione rilevanti nonché i livelli di espressione dei geni bersaglio.

Ciò suggerisce che la sindrome di Rett potrebbe essere causata da una diminuzione della trascrizione dei geni presi di mira da MECP2, a causa di mutazioni di MECP2 che gli impediscono di legarsi all’RNA Pol II o al DNA. Coerentemente con questa idea, la maggior parte delle mutazioni comuni di MECP2 legate alla malattia sono troncamenti: mutazioni in cui manca parte della proteina che possono alterare l’interazione tra MECP2 e RNA Pol II.

I ricercatori sperano che non solo le loro scoperte rimodellino la nostra comprensione del MECP2, ma che una comprensione più profonda e più ampia di come il MECP2 influisce sullo sviluppo e sul funzionamento del cervello possa portare a nuove intuizioni che possano aiutare le persone con la sindrome di Rett e i disturbi correlati, compreso l’autismo.

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“Questo progetto è un ottimo esempio della natura collaborativa del laboratorio Jaenisch“, afferma Flamier. “Rudolf e Yi avevano un problema specifico da risolvere relativo alla sindrome di Rett e io avevo familiarità con una tecnologia, CUT&Tag, che poteva risolvere il problema. Attraverso la discussione ci siamo resi conto che potevamo unire i nostri sforzi e ora disponiamo di un grande archivio di informazioni su MECP2 e le sue connessioni con la malattia“.

Fonte:Medicalxpress