کشف mRNAهای جدید در بیماری‌های عصبی با توالی‌های ترکیبی

چالش‌های بیماری‌های نورودژنراتیو و پیشرفت‌های جدید در درمان

بیماری‌هایی که با تخریب تدریجی مغز مشخص می‌شوند و به نورودژنراسیون مشهورند، همواره درک و درمان آن‌ها چالش‌برانگیز بوده است. این شرایط، میلیون‌ها بیمار و خانواده در سراسر جهان را تحت تأثیر قرار می‌دهد، اما تلاش‌ها برای توسعه درمان‌های جدید تا حد زیادی ناموفق بوده است. دانشمندان در مؤسسه سانفورد برنهام پربیس در حال کشف ایده‌های جدید برای درمان‌های آینده از طریق درک بهتر تأثیرات بیماری‌های نورودژنراتیو بر روی سلول‌های مغزی هستند.

تحقیقات به رهبری دکتر جرولد چون، استاد برنامه بیماری‌های تخریبی در سانفورد برنهام پربیس، نتایج خود را در تاریخ ۱۰ دسامبر ۲۰۲۴ در نشریه eNeuro منتشر کردند. این تحقیق شامل ترکیب دو فناوری توالی‌یابی در سلول‌های منفرد برای شناسایی تفاوت‌های جدید در mRNAهای ناشی از بیماری آلزایمر (AD)، زوال عقل با اجسام لویی (DLB) و بیماری پارکینسون (PD) بود. ژن‌ها می‌توانند از طریق فرآیندی به نام «اسپlicing جایگزین» بیش از یک RNA پیام‌رسان (mRNA) تولید کنند و در نتیجه، بیش از یک پروتئین بسازند. این mRNAهای مختلف به نام ایزوفورم‌ها شناخته می‌شوند.

تیم تحقیقاتی در این مطالعه از دو نوع توالی‌یابی RNA هسته‌ای منفرد (snRNAseq) استفاده کرد که به دنبال گزارش مهمی در نشریه Science در سال ۲۰۱۶ از دکتر چون و همکارانش درباره استفاده از snRNAseq در مغز انسان بود. دکتر چون گفت: “اکنون، snRNAseq استاندارد طلایی برای بررسی ترنسکریپتوم‌های سلول‌های منفرد در مغز انسان است.” او افزود: “به دلیل ترکیب پیچیده سلول‌ها در مغز که می‌تواند هزاران ارتباط داشته باشد، سایر فناوری‌های سلول منفرد بیشتر در معرض آلودگی از مواد اطراف سلول هستند که نمی‌خواهیم.”

استفاده از snRNAseq این معضل را با جداسازی هسته‌های هر سلول در یک نمونه حل می‌کند. سپس، دانشمندان می‌توانند ترکیب مولکول‌های RNA را که حاوی کدهایی برای ساخت پروتئین‌های جدید هستند، تجزیه و تحلیل کنند. دکتر کریستین لیو، همکار پسادکتری در آزمایشگاه دکتر چون و نویسنده اول این مطالعه، گفت: “با این حال، آزمایش‌های معمول توالی‌یابی سلول‌های منفرد از آنچه که به عنوان «توالی‌یابی کوتاه‌خوانده» شناخته می‌شود، استفاده می‌کنند.” او توضیح داد: “این روش ۱۰۰ تا ۱۵۰ جفت باز را در یک زمان می‌خواند و هر یک را با یک ژنوم مرجع مقایسه می‌کند.” این مقایسه‌ها برای نقشه‌برداری از توالی‌های کوچک به یک توالی مرجع استفاده می‌شود. تفاوت‌ها از ژنوم مرجع به آنچه که دانشمندان به آن «متغیرها» می‌گویند، اطلاق می‌شود. با این حال، استفاده از تکه‌های کوتاه‌خوانده برای بازسازی کل، محدودیت‌هایی دارد.

تحقیقات جدید در زمینه توالی‌یابی RNA

چان گفت: “توالی‌یابی کوتاه‌مدت با برخی از انواع واریانت‌های توالی مشکل دارد. بنابراین، برای بهبود ثبت این واریانت‌ها، ما از توالی‌یابی بلندمدت استفاده کردیم که بین ۵۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰ جفت باز را به‌طور همزمان می‌خواند و نیازی به نقشه‌برداری به ژنوم مرجع ندارد.” تیم تحقیقاتی از هر دو تکنیک بر روی سلول‌های منفرد از نمونه‌های بافت مغز پس از مرگ ۲۵ اهداکننده که به بیماری‌های آلزایمر (AD)، لوئی‌بد (DLB) یا پارکینسون (PD) مبتلا بودند، استفاده کردند. همچنین نمونه‌هایی از مغز اهداکنندگان بدون بیماری‌های نورودژنراتیو به‌عنوان گروه کنترل آزمایش مورد بررسی قرار گرفت.

در ارزیابی بیش از ۱۶۵۰۰۰ سلول، این گروه از توالی‌یابی بلندمدت هدفمند mRNA برای ۵۰ ژنی که در تحقیقات قبلی بیشترین ارتباط را با سه بیماری نورودژنراتیو داشتند، استفاده کردند. یافته‌ها شامل کشف توالی‌های جدید mRNA از تمام ۵۰ ژن هدف بود که در آزمایش‌های توالی‌یابی قبلی یافت نشده بودند. لیو گفت: “با ترکیب توالی‌یابی کوتاه‌مدت و بلندمدت، ما تنوع وسیع ایزوفورم‌های mRNA را در این ژن‌ها یافتیم، حتی در مواردی که در داده‌های کوتاه‌مدت به‌طور متفاوتی بیان نشده بودند.” او افزود: “در برخی از این ژن‌ها، ترانسکریپت‌های جدیدی که شناسایی کردیم، به‌نظر می‌رسد که بخش عمده‌ای از ایزوفورم‌های کل را تشکیل می‌دهند.”

چان در اشاره به مقاله‌ای که در سال ۲۰۲۱ در PNAS منتشر شد و به کشف صدها هزار ترانسکریپت جدید mRNA پرداخته بود، گفت: “نتایج ما یافته‌های قبلی ما را تقویت می‌کند که سه‌چهارم mRNAها در ترنسکریپتوم مغز ناشناخته بودند. ما هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری درباره این mRNAهای جدید و چگونگی تغییر آن‌ها با بیماری داریم.”

سوال دیگری که برای تیم تحقیقاتی مطرح است، این است که چه نوع **پروتئین‌های جدیدی** از این ترانسکریپت‌ها تولید می‌شود. چان گفت: “ایزوفورم‌های جدید mRNA به معنای پروتئین‌های جدید بالقوه در مغزها و سلول‌های بیمار هستند که ممکن است نمایانگر چیزی باشد که قبلاً قابل مشاهده نبود و اکنون می‌تواند به‌عنوان هدف درمانی برای یافتن درمان‌های این بیماری‌های شایع و ناتوان‌کننده مورد استفاده قرار گیرد.”

نویسندگان دیگر این مطالعه از مؤسسه سانفورد برنهام پریبیس شامل کریس پارک، تونی نگو، جانانی سایکومار، کارتر آر. پالمر، انیس شاهنا و ویلیام جی. رومانوف هستند. این مطالعه از سوی مؤسسات ملی بهداشت (R01AG071465 و R01AG065541)، مؤسسه ملی علوم پزشکی عمومی (T32GM007752)، وزارت دفاع ایالات متحده (W81XWH-21-10642)، بنیاد بروس فورد و آن اسمیت باندی، بنیاد لری ال. هیلبلوم و مؤسسه کالیفرنیا برای پزشکی ترمیمی (EDUC4-12813-01) حمایت شده است.