سندرم X شکننده یک بیماری ژنتیکی ناشی از گسترش مجدد CGG در توالی DNA ژن X شکننده (FMR1) است. افراد با X شکننده از ناتوانی ذهنی و همچنین چالش های رفتاری و یادگیری رنج می برند. ناتوانی‌های شناختی می‌تواند از خفیف تا شدید متغیر باشد و پسران را بیشتر از دختران مبتلا کند. هیچ درمانی برای سندرم X شکننده وجود ندارد، اگرچه مداخلاتی مانند آموزش ویژه، گفتار درمانی، فیزیوتراپی یا رفتار درمانی و داروهایی که باعث تسکین علائم می شوند می توانند فرصتی برای بهینه سازی طیف کاملی از مهارت ها فراهم کنند.
دکتر ریشتر و همکارانش همچنین در سال 2022 از صندوق BRIDGE در UMass Chan بودجه دریافت کردند تا ASO مورد استفاده برای بازیابی تولید پروتئین X شکننده را طراحی و آزمایش کنند.
منبع:
شاه با نگاهی دقیق به mRNA X شکننده حامل جهش، یک ایزوفرم اتصال غیرطبیعی کمتر شناخته شده، یک تغییر توالی، به نام FMR1-217 را پیدا کرد. قبل از اینکه mRNA توسط ریبوزوم به یک پروتئین فعال ترجمه شود، فرآیندی به نام اسپلایسینگ انجام می شود. این فرآیند میانی تمام نواحی غیر کد کننده RNA (اینترون ها) را حذف می کند و نواحی کد کننده پروتئین (اگزون ها) را به هم متصل می کند. اعتقاد بر این است که تغییرات در این مکانیسم پیرایش، به نام پیرایش جایگزین، به یک ژن اجازه می دهد تا ایزوفرم های مختلف RNA را ایجاد کند. این ایزوفرم ها، به دلیل اینکه هر کدام شامل مناطق کدکننده متفاوتی هستند، به یک ژن اجازه می دهند چندین پروتئین بسازد.
یکی از راه‌های تغییر پیوند RNA، ایجاد یک الیگونوکلئوتید ضد حس (ASO)، یک قطعه کوتاه DNA با یک توالی مکمل است که به mRNA هدف متصل می‌شود. این اتصال باعث می‌شود که دستگاه اسپلایسینگ از روی مکان‌های اتصال نامناسب روی RNA بگذرد، که منجر به پیرایش طبیعی و تشکیل mRNA بالغ می‌شود. همچنین این تکنیکی است که در حال حاضر در کلینیک برای درمان اختلال عصبی عضلانی آتروفی عضلانی نخاعی (SMA) استفاده می شود و در آزمایشات بالینی برای سایر بیماری های عصبی قرار دارد.
این کشف امید واقعی را به وجود می آورد که درمانی برای کاهش سندرم X شکننده ممکن است امکان پذیر باشد و زودتر از آنچه قبلاً فکر می کردیم به کلینیک ترجمه شود. این یافته ها غیر متعارف هستند و چیزی نبود که ما انتظارش را داشتیم. اگر علوم پایه را خوب انجام دهید، به داده‌های خود ایمان داشته باشید و به جایی که می‌برید دنبال کنید، نتایج می‌تواند درک اساسی ما از زیست‌شناسی و بیماری را تغییر دهد.»
مایکل ترانفاگلیا، مدیر ارشد علمی بنیاد تحقیقات FRAXA، گفت: «FRAXA از آزمایشگاه‌های ریشتر و بری کراویس برای انجام یک مطالعه ابتکاری در مورد رویدادهای اتصال غیرطبیعی در Fragile X با توجه به استفاده بالقوه به عنوان نشانگر زیستی حمایت مالی کرد. “در جریان این تحقیق، این دانشمندان عالی به طور سرسام آور چیزی واقعاً متحول کننده کشف کردند که درک اساسی ما از خود X شکننده را تغییر داد. فراتر از آن، پتانسیل درمانی این کشف واقعاً قابل توجه است.”
مرجع مجله:
بودجه این تحقیق تا حدی توسط مؤسسه ملی بهداشت، بنیاد Simons برای تحقیقات اوتیسم، بنیاد تحقیقات FRAXA و صندوق UMass Chan BRIDGE تامین شده است. گام بعدی برای تیم شکننده X، تضمین مشارکت با یک شرکت تجاری است که می‌تواند به رساندن کار ASO به یک آزمایش بالینی انسانی نهایی برای درمان سندرم X شکننده کمک کند.
گام بعدی برای تیم شکننده X، تضمین مشارکت با یک شرکت تجاری است که می‌تواند به رساندن کار ASO به یک آزمایش بالینی انسانی نهایی برای درمان سندرم X شکننده کمک کند.
یک درمان ضد حس که توسط جوئل دی. ریشتر، دکتر اسنها شاه، دکترا، و دکتر جاناتان کی واتس، در دانشکده پزشکی UMass Chan و الیزابت بری کراویس، دکترای پزشکی، دکترا، در مرکز پزشکی دانشگاه RUSH ایجاد شده است، تولید دارو را بازیابی می کند. پروتئین FMRP در نمونه های سلولی گرفته شده از بیماران مبتلا به سندرم X شکننده. منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوماین پیشرفت به دلیل یافته‌های جدیدی که در این مطالعه ارائه شد، امکان پذیر شد که پیوند نابجای جایگزین RNA پیام رسان (mRNA) نقش اصلی را در سندرم X شکننده، شایع‌ترین شکل ناتوانی ذهنی ارثی و شایع‌ترین نوع ناتوانی ذهنی ایفا می‌کند. عامل ژنی اوتیسم
DOI: 10.1073/pnas.230253412
دکتر شاه، استادیار پزشکی مولکولی گفت: «ما دلیلی داشتیم که باور کنیم در تعدادی از mRNA های تولید شده توسط بیماران X شکننده وجود دارد. ما آزمایش‌ها را انجام دادیم و شروع به بررسی بازخوانی‌های مختلف RNA کردیم، اما با شگفتی متوجه شدیم که سلول‌ها در حال تولید mRNA X شکننده هستند، حتی اگر پروتئینی ساخته نشده باشد. قرار نبود این اتفاق بیفتد. این ما را وادار کرد که در سطح بیولوژیکی اولیه چگونه بیماری رخ می دهد دوباره فکر کنیم.”
تکرارهای CGG موجود در FMR1 با این حال، جهش ژنی باعث ایجاد یک رویداد پیوند نادرست شد که یک قطعه مهم از یک اینترون (یک شبه اگزون) را در mRNA بالغ بر جای گذاشت. این خطای ساده اتصال دلیل ساخته نشدن FMRP بود، نه متیلاسیون ژن، همانطور که قبلاً تصور می شد. ریشتر و شاه این فرضیه را مطرح کردند که اگر بتوان این اتصال نادرست را اصلاح کرد یا از آن جلوگیری کرد، در آن صورت تولید پروتئین X شکننده طبیعی می‌تواند بازسازی شود.
دکتر جوئل دی. ریشتر، دکترای صندلی آرتور اف. کوسکیناس در علوم اعصاب و استاد پزشکی مولکولی
ریشتر و همکارانش امیدوارند که ترجمه این کشف به کلینیک تسریع شود زیرا درمان‌های کنونی برای SMA مبتنی بر فناوری مشابهی است. تنها تفاوت بین این دو، توالی ژنتیکی ASO است که برای درمان شکستگی X شکننده استفاده می شود.
برای طراحی ASO که mRNA X شکننده را هدف قرار می دهد، ریشتر و همکارانش به دکتر واتس، متخصص ASO که روی بیماری های عصبی مانند بیماری هانتینگتون و ALS نیز کار می کند، مراجعه کردند. واتس، پروفسور درمان RNA، 11 ASO را طراحی کرد که تلاش می کرد یکی را پیدا کند که از اتصال اشتباه RNA X شکننده جلوگیری کند و تولید FMRP را بازیابی کند. ترکیبی از دو ASO که توسط Watts توسعه یافته بود، با موفقیت از اتصال نابجا جلوگیری کرد و از اتصال مناسب mRNA FMR1 در سلول های مشتق شده از بیمار نجات داد. این منجر به تولید سطوح نرمال FMRP در این سلول ها شد.
بری کراویس گفت: “این یک یافته بسیار هیجان انگیز است که پتانسیل درمانی بالایی دارد.” با این حال، در مراحل اولیه توسعه است، و برای تعیین اینکه استراتژی ASO چقدر می‌تواند به طور موثر FMRP را بازیابی کند، در چه درصدی از سلول‌های مغزی و در کدام افراد دارای X شکننده است، کار زیادی لازم است. اگر استراتژی ASO در موفقیت آمیز باشد. سلول‌های درصد قابل‌توجهی از افراد مبتلا به X شکننده، این ممکن است یک معکوس ژنتیکی از بیماری را فراهم کند که می‌تواند تاثیر بالینی بالایی داشته باشد و سطح عملکردی افرادی که با X شکننده زندگی می‌کنند را بهبود بخشد و بار مراقبت‌کنندگان را کاهش دهد.
هنگامی که زیر میکروسکوپ مشاهده می شود، FMR1 ژن حاوی انبساط مکرر به صورت نواری باریک که نوک یک بازوی کروموزوم X (که به عنوان محل شکننده شناخته می‌شود) گیر می‌کند، شناسایی می‌شود. عملکرد اصلی محصول پروتئین از FMR1 ژن (FMRP) باید به 1000 mRNA مختلف متصل شود و از ترجمه آنها جلوگیری کند وقتی FMRP وجود نداشته باشد، مانند سندرم X شکننده، تولید بیش از حد صدها پروتئین مختلف در مغز وجود دارد. اگرچه به طور کامل درک نشده است که چگونه، کنترل FMRP ترجمه mRNA نقش مهمی در شکل پذیری سیناپسی و عملکرد بالاتر مغز ایفا می کند. بدون FMRP، رشد عصبی طبیعی رخ نمی دهد.
استفاده از نمونه های خون از مردان مبتلا به X شکننده ارائه شده توسط دکتر بری کراویس، استاد اطفال، علوم عصبی و آناتومی و زیست شناسی سلولی، Dr. ریشتر و شاه چیز غیر منتظره ای پیدا کردند.
Huseyin Mehmet، PhD، مدیر اجرایی BRIDGE Innovation and Business Development در UMass Chan، گفت: “با کمک جایزه BRIDGE Fund، آزمایشگاه دکتر ریشتر نشان می دهد که الیگونوکلئوتیدهای ضد حس به طور موثری اتصال نادرست FMR1 را مسدود کرده و FMRP را به سطوح عادی باز می گرداند.”
دانشکده پزشکی Umass Chan