En Büyük Alzheimer Riski Geni Nöronların İzole Edilme Sürecini Nasıl Bozuyor?

MIT araştırmacıları, APOE4 gen varyantının oligodendrositlerin nöronları miyelinle kaplaması için gerekli olan moleküler sinyalleştirmeyi baskıladığını ve ayrıca kavram kanıtı niteliğinde bir düzeltme yöntemi sunduğunu gösterdi.

David Orenstein

|

Öğrenme ve Hafıza Picower Enstitüsü

Yayın Tarihi

Basın İlişkileri:

David

Orenstein

E-posta:

Telefon:

617-324-2079

Picower Enstitüsü

Görsel Kaynağı: MIT News

Başlık

Nöronları elektrik iletimini iyileştirmek için miyelin adı verilen izole edici bir yağ tabakasıyla saran oligodendrosit adı verilen hücreler. Alzheimer riskini artıran APOE4 gen varyantını taşıyan insanlarda bu hücreler lipid damlacıkları biriktirir. Nedenini inceleyen araştırmacılar, hücreleri laboratuvar ortamında tedavi etmenin bir yolunu da buldu. Burada, makınlaştırılmış bir figür, tedavi edilmemiş APOE4 oligodendrositlerinin (sol) lipid damlacıkları (sarı) biriktirdiğini, ancak Gsk3b inhibisyonu ile kurtarıldığını gösteriyor (sağ).

Kaynaklar

Görsel, Tsai Laboratuvarı/Picower Enstitüsü’nün izniyle kullanılmıştır.

Görsel Kaynağı: MIT News

Başlık

Makınlaştırılmış bir figür, Gsk3b inhibisyonu tedavisinin uygulandığı APOE4 organoidlerinde artan akson büyümesini (magenta) gösteriyor (sağ).

Kaynaklar

Görsel, Tsai Laboratuvarı/Picower Enstitüsü’nün izniyle kullanılmıştır.

Geç başlangıçlı Alzheimer hastalığının en büyük genetik risk faktörü olan APOE4 gen varyantının beyin devre işlevini bozmanın başlıca yollarından biri, nöronları elektrik iletimini optimize eden yağlı bir tabaka ile izole etme sürecini bozmaktır. MIT Öğrenme ve Hafıza Picower Enstitüsü’nden nörobilimcilerin liderliğini yaptığı yeni bir çalışma, bu bozulmada belirli bir moleküler yolu suçlayan birkaç kanıt sunar ve bu içgörüden, laboratuvar deneylerinde bu bozulmayı önlemeye yönelik bir müdahaleyi göstermek için yararlanır.

15 Ekim’de Cell Stem Cell dergisinde yayımlanan çalışma, APOE4’ün, nöronlara yağlı bir yalıtım sağlayan mielin adını verdiren oligodendrosit hücrelerdeki “Wnt” sinyalini baskıladığını gösteriyor. Wnt sinyalinde eksiklik olduğunda hücrelerin, yağları nöronların akson dallarını düzgün şekilde myelinle kaplamak yerine, lipid damlacıkları biriktirdiği ortaya kondu. Araştırmacılar APOE4 taşıyan oligodendrositlerde Wnt sinyalini geri getirdiklerinde, hem insan hücre kültürlerinde hem de Alzheimer’ı modelleyen farelerde myelinleme toparlandı.

Picower Profesörü Li-Huei Tsai’nin liderliğini yaptığı ve çalışmanın baş yazarı, Tsai’nin laboratuvarında geçmişte bir lisansüstü öğrenci olan Leyla Akay PhD ’25’in eşlik ettiği araştırma ekibi, Wnt’nin anahtar rolünü birden fazla yöntemle ortaya koydu; bunlar arasında, insan APOE4 taşıyan oligodendrosit kültürlerinde genomdaki her protein kodlayan geni tek tek, sırayla yok edecek şekilde CRISPR gen düzenlemesi kullanan bir tarama da vardı. Tarama, oligodendrositlerde Wnt aktivitesini destekleyen genler eksiklendiğinde lipid damlacıkları biriktirdiğini ve Wnt’yi baskılayan genler eksiklendiğinde de aynı şeyin olduğunu gösterdi.

“APOE4 ile ilişkili lipid birikiminin genetik düzenleyicilerini bulmak için CRISPR taramaları yapmanın bu ilke kanıtı çok heyecan verici,” diyor Tsai; aynı zamanda MIT’nin Yaşlanan Beyin Girişimi’ni de yönetiyor. “Bence bu tür bir tarama, lipid metabolizması bozukluklarına katkıda bulunan hücre yollarına dair yeni içgörüler sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda ilaç gelişimi için yeni hedefler de sağlama potansiyeli taşıyor.”

Wnt’nin eksikliğinden dolayı

2022 yılında, Akay, Djuna Von Maydell PhD ’25, Jose Davila-Velderrain ve Joel Blanchard’ın (yeni çalışmanın ortak yazarlarından biri) önderliğindeki Tsai’nin Laboratuvarı, APOE4’ün oligodendrositlerde lipid damlacığı birikimine ve myelinlemenin bozulmasına yol açtığını göstermişti. Ancak Akay’a göre, bu damlacık birikimi birçok nedenden dolayı gerçekleşebilir. Yeni çalışma, altta yatan moleküler mekanizmaları daha derinlemesine araştırmayı amaçladı.

“Bu CRISPR ekranı, bize her tek imkânı tarafsız bir şekilde test etme yolu açtı,” diyor Akay. “Bu sürece hangi tür lipid enzimleri dahil? Ve hedef alınabilecek üst düzey yollar neler?”

CRISPR ekranıyla paralel olarak ekip, ayrıca insan oligodendrosit hücre kültürlerinde ve otopsinden elde edilen insan beyini örneklerinde kromatin erişilebilirliğini analiz etti; her iki durumda da APOE4 taşıyan örnekleri, nötral APOE3 varyantını taşıyan örneklerle karşılaştırdı. Bu ATAC-seq veri analizi, genlerin ifade edilmesi açısından en erişilebilir olanların, hangilerinin ise transkripsiyondan tamamen kapalı olanların belirlenmesini sağladı. Kromatin analizi, Wnt sinyallemesini destekleyen genlerin APOE4 taşıyanlarda daha az erişilebilir olduğunu gösterdi.

“ATAC-seq ile CRISPR ekranı sonuçları arasında dikkat çeken bir örtüşme vardı,” diyor Tsai. “İkisi de Wnt sinyallemesinin bozulduğuna işaret ediyordu.”

Dolaylı gözlemler de dahil olmak üzere daha ileri analizler, Wnt sinyallemesinin kültüre edilmiş APOE4 oligodendrositlerinde nasıl baskılandığını ortaya koydu. İki protein, beta-catenin ve GSK3b, Wnt’yi düzenlemek için birbirleriyle yarışır; beta-catenin bunu destekler, GSK3b ise baskılar. Ekip, APOE3’lü oligodendrositlerle karşılaştırıldığında APOE4 oligodendrositlerinde beta-catenin ifadesinin azaldığını, GSK3b ifadesinin ise aşırı olduğunu buldu.

Ekip ardından GSK3b aktivitesini değiştiren müdahaleleri test etti. İnsan APOE3 oligodendrosit kültürlerinde, Dif3 adlı bir kimyasalla GSK3b’yi artırmanın lipid damlacıklarını artırdığını gösterdi. APOE4 oligodendrositlerinde ise CHIR99021 adlı bir kimyasalla GSK3b’yi inhibe etmenin damlacıkları azalttığını gösterdi. APOE4 oligodendrositlerini nöronlarla birleştiren daha karmaşık “organoid” kültürlerde ise GSK3b’yi inhibe etmenin mielinleşmeyi artırdığını ve nöron aksonlarının büyümesini desteklediğini buldu.

Yapılan testler, GSK3b inhibisyonunun Wnt sinyalini ve mielinleşmeyi geri kazandırmaya yönelik bir kavram kanıtı terapötik strateji olabileceğini gösterdi. Son test olarak, APOE4 taşıyan ve Alzheimer tau patolojisini genetik olarak modelleyen farelere CHIR99021 dozları verildi. İşlem uygulanan farelerde, beyinde önemli bir hafıza oluşturma bölgesi olan hipokampusa ait lipid damlacıklarında azalma gözlemlendi. Ayrıca, tedavi edilmemiş kontrol grubuna kıyasla orada artmış mielinlenme de görüldü.

Wnt sinyal baskılanmasını öne çıkarmaya ek olarak, CRISPR taraması ve kromatin analizi, Wnt’nin kaybinin oligodendrositlerin lipid metabolizmasını nasıl etkilediğine dair moleküler mekanizmaları aydınlatan ana ipuçları sağladı. Akay ve Tsai, bu ipuçlarını takip etmeye hevesli olduklarını belirtiyor. Aynı zamanda, GSK3b’nin tau fosforilasyonuyla ilişkisini araştırmaya da ilgi duyuyorlar; bu da Alzheimer patolojisinin başlıca özelliklerinden biri.

Tsai, Akay ve Blanchard’a ek olarak, makalenin diğer yazarları Anna Bright, Daiyun Dong, Ethan Smith, Robert Hurt, Carles Boix, Kate Louderback, Janine Medrano, Dingcheng Sun, Haonan Lin, Oisín King, Gwyneth Welch, Hiba Nawaid, Emre Agbas, Alan Jiang, Adele Bubnys ve Ji-Xin Cheng’dir.

Çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüleri, Robert ve Renee E. Belfer Aile Vakfı, Manthripragada McManama Alzheimer Fonu, CAMA Tohum Fonu, J. Crayton Pruitt Vakfı, Joseph P. DiSabato ve Nancy Sakamoto ile Freedom Together Vakfı tarafından finanse edildi.

Çalışmaya ait ham veriler Open Science Framework üzerinde mevcuttur. Akay ve Tsai, CRISPR taraması sonuçları için bir patent başvurusu yaptı.

Bu haber makalesini paylaşın:

• X

Makale: “Genome-wide CRISPR screen reveals Wnt signaling as a potential therapeutic target for lipid accumulation and impaired myelination in APOE4 oligodendrocytes”
Bu makalede bahsedilen araştırmaların açık erişimli sürümlerini kontrol edin.

İlgili Bağlantılar

• Tsai Laboratuvarı
• Öğrenme ve Anı Picower Enstitüsü
• Beyin ve Bilişsel Bilimler Bölümü
• Bilimler Okulu

• Araştırma
• Alzheimer
• Nörobilim
• Genetik
• Anı
• CRISPR
• Hücreler
• Beyin ve bilişsel bilimler
• MIT fikri mülkiyeti
• Picower Enstitüsü
• Bilimler Okulu
• Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH)