کشف RNAهای جدید در بیماری‌های عصبی با توالی‌خوانی پیشرفته

چالش‌های بیماری‌های نورودژنراتیو و پیشرفت‌های جدید در درمان

بیماری‌هایی که با تخریب تدریجی مغز مشخص می‌شوند، به نورودژنراسیون شناخته می‌شوند و درک و درمان آن‌ها همواره چالش‌برانگیز بوده است. این شرایط شایع، میلیون‌ها بیمار و خانواده در سرتاسر جهان را تحت تأثیر قرار می‌دهد. با این حال، تلاش‌ها برای توسعه درمان‌های جدید عمدتاً ناموفق بوده‌اند. دانشمندان در مؤسسه سانفورد برنهم پربیس در حال کشف ایده‌های نوین برای درمان‌های آینده از طریق درک بهتر تأثیرات بیماری‌های نورودژنراتیو بر سلول‌های مغزی هستند.

تحقیقات تحت رهبری دکتر جرولد چون، استاد برنامه بیماری‌های تخریبی در سانفورد برنهم پربیس، نتایج خود را در تاریخ 10 دسامبر 2024 در نشریه eNeuro منتشر کردند. این تحقیق با ترکیب دو فناوری توالی‌یابی در سلول‌های منفرد، تفاوت‌های جدیدی در mRNA های ناشی از بیماری آلزایمر (AD)، زوال عقل با اجسام لویی (DLB) و بیماری پارکینسون (PD) شناسایی کرده است. ژن‌ها می‌توانند از طریق فرآیندی به نام اسپلیسینگ جایگزین، بیش از یک پیام‌رسان RNA (mRNA) تولید کنند و در نتیجه، به تولید بیش از یک پروتئین بپردازند. این mRNA های مختلف به نام ایزوفورم‌ها شناخته می‌شوند.

تیم تحقیقاتی در این مطالعه از دو نوع توالی‌یابی RNA هسته‌ای منفرد (snRNAseq) استفاده کرد که به دنبال گزارشی مهم در سال 2016 از دکتر چون و همکارانش در نشریه Science بود که به استفاده از snRNAseq در مغز انسان پرداخته بود. دکتر چون گفت: “اکنون، snRNAseq استاندارد طلایی برای بررسی ترنسکریپتوم‌های سلول‌های منفرد در مغز انسان است.” او ادامه داد: “به دلیل ترکیب پیچیده سلول‌ها در مغز که می‌تواند هزاران اتصال داشته باشد، سایر فناوری‌های سلول‌های منفرد بیشتر در معرض آلودگی از مواد اطراف سلول قرار دارند که نمی‌خواهیم.”

استفاده از snRNAseq این مشکل 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، پژوهشگر پسادکتری در آزمایشگاه دکتر چون و نویسنده اول این مطالعه، گفت: “با این حال، آزمایش‌های معمول توالی‌یابی سلول‌های منفرد از آنچه که به آن توالی‌یابی کوتاه‌خوانده می‌شود، استفاده می‌کنند.” او توضیح داد: “این روش 100 تا 150 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 می‌شوند. تفاوت‌ها از ژنوم مرجع به آنچه که دانشمندان آن را واریانت می‌نامند، اشاره دارد. با این حال، استفاده از برش‌های کوتاه‌خوانده برای بازسازی کل، محدودیت‌هایی دارد.

تحقیقات جدید در زمینه توالی‌یابی RNA و تنوع ایزوفورم‌ها

چان گفت: “توالی‌یابی کوتاه‌مدت با برخی از واریانت‌های توالی مشکل دارد؛ بنابراین برای بهبود ثبت این واریانت‌ها، ما همچنین از توالی‌یابی بلندمدت استفاده کردیم که بین ۵۰۰۰ تا ۳۰ هزار جفت باز را در یک زمان می‌خواند و نیازی به نقشه‌برداری به ژنوم مرجع ندارد.” تیم تحقیقاتی از هر دو تکنیک بر روی سلول‌های منفرد از نمونه‌های بافت مغزی پس از مرگ ۲۵ اهداکننده که به بیماری‌های آلزایمر (AD)، دمیانس لویی (DLB) یا پارکینسون (PD) مبتلا بودند، استفاده کردند. همچنین نمونه‌هایی از مغز اهداکنندگانی که به بیماری‌های نورودژنراتیو مبتلا نبودند به عنوان گروه کنترل مورد استفاده قرار گرفت.

در ارزیابی بیش از ۱۶۵ هزار سلول، این گروه از توالی‌یابی هدفمند بلندمدت mRNA برای ۵۰ ژن 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 پیدا نشده بودند. لیو گفت: “با ترکیب توالی‌یابی کوتاه 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، به نظر می‌رسد اکثریت ایزوفورم‌های کل را تشکیل می‌دهند.”

چان در اشاره به مقاله‌ای که در سال ۲۰۲۱ در PNAS منتشر شد و گزارش داد که صدها هزار ترانسکریپت جدید mRNA پیدا شده، 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.”

سوالی دیگر برای تیم تحقیقاتی 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 نامرئی بود و اکنون می‌توان آن را به‌طور درمانی هدف قرار داد تا درمان‌هایی برای این بیماری‌های شایع و ناتوان‌کننده پیدا کنیم.”

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 توسط موسسات ملی بهداشت (R01AG071465 و R01AG065541)، موسسه ملی علوم پزشکی عمومی (T32GM007752)، وزارت دفاع ایالات متحده (W81XWH-21-10642)، بنیاد بروس فورد و آن اسمیت باندی، بنیاد لری ال. هیلبلوم و موسسه کالیفرنیا برای پزشکی ترمیمی (EDUC4-12813-01) حمایت شده است.