Turetov sindrom (TS) je čest poremećaj koji karakterišu nekontrolisani motorni ili vokalni tikovi koji se manifestuju u detinjstvu i mogu da ometaju školski uspeh, odnose i kvalitet života. Koristeći matične ćelije pacijenata za pravljenje 3D modela koji odražavaju delove razvoja njihovog mozga u posudi za kulturu, tim sa Jejla je osvetlio mehanizme zašto se ovo stanje javlja.
Prethodna istraživanja su identifikovala razlike u bazalnim ganglijama — regionu mozga ispod cerebralnog korteksa koji upravlja jezikom i veštim pokretima — kod pacijenata sa TS u poređenju sa opštom populacijom. Kod ovih pacijenata, bazalni gangliji su manje veličine i sadrže manje određenih vrsta specijalizovanih neurona koji regulišu način na koji bazalni gangliji primaju i razrađuju informacije iz korteksa. To su interneuroni, neuroni koji se nalaze isključivo u centralnom nervnom sistemu i neophodni su za kontrolu inhibicije.
Da bi razumeli zašto su ovi neuroni odsutni, tim je koristio matične ćelije da stvori organoide koji liče na bazalne ganglije, koje su 3D ćelijske konfiguracije koje su modelirale kako je ovaj deo mozga rastao tokom embrionalnog razvoja u kohorti pacijenata sa TS. Modeli su otkrili potencijalnu patofiziologiju iza poremećaja, za koji se tim nada da bi na kraju mogao dovesti do novih terapija. Nalazi su se pojavili u Molekularnoj psihijatriji 29. novembra.
„Ako želimo da sprečimo poremećaje poput Turetovog sindroma, moramo da proučimo sam početak kada se bolest prvi put pojavi“, kaže Flora Vakarino, MD, profesor Harris u Centru za proučavanje dece na Jejlu i viši autor studije. „Organoidi su način da se vratimo u prošlost i pogledamo razvojne mehanizme bolesti.“
TS se obično prvi put javlja kod dece školskog uzrasta između pet i 10 godina i vrlo često se javlja zajedno sa hiperaktivnim poremećajem deficita pažnje (ADHD) i opsesivno-kompulzivnim poremećajem (OCD). Deca sa TS doživljavaju tikove, koji su nevoljni pokreti kao što su treptanje, pročišćavanje grla i vokalizacija. Iako ponekad mogu privremeno da potisnu svoje tikove, to zahteva značajan napor. U teškim slučajevima, tik može dovesti do samopovređivanja. Poremećaj se često poboljšava u odraslom dobu – u više od polovine slučajeva tikovi postaju manje primetni i manje oštećuju. Iako je veoma nasledna, istraživači su identifikovali nekoliko gena uključenih u stanje.
„Bazalni gangliji regulišu motoričke programe o kojima ne razmišljamo svesno, kao što je govor“, kaže Vakarino. „Mnogi naši pokreti — hodanje, vožnja bicikla — ukorenjeni su od vremena kada smo ih učili kao deca, a sada ih samo radimo bez razmišljanja. Ovi programi su uskladišteni u bazalnim ganglijama.“
Međutim, kada razvoj bazalnih ganglija krene naopako, mogu nastati abnormalni pokreti poput tikova. „Radite nešto, i odjednom se osećate prinuđenim da pročistite grlo ili kažete neku reč. To se ne odnosi na pokret koji radite, ali se pojavljuje nehotice“, kaže ona.
Studije snimanja su pokazale da su bazalni gangliji nešto manji kod dece i mladih sa TS. Zaintrigirana, Vakarinova grupa je prethodno uradila studiju o postmortalnim uzorcima bazalnih ganglija od preminulih pacijenata sa TS koji su donirali svoj mozak za istraživanje. Studija je otkrila gubitak inhibitornih interneurona koji su ključni u regulisanju načina na koji bazalni ganglije reaguju na kortikalne signale.
„Kada nedostaju ovi inhibitorni interneuroni“, kaže Vakarino, „mislimo da imate abnormalno kretanje zbog toga što kortikalna stimulacija nije potisnuta.“
Međutim, zašto su ovi neuroni nedostajali kod pacijenata sa TS, ostala je misterija. Istraživači nisu znali da li umiru kasnije u životu ili se možda potpuno ne razvijaju. Tadašnja diplomirana studentkinja Vakarinove laboratorije, dr Melani Brejdi, odlučila je da istraži.
Za svoju najnoviju studiju, tim je regrutovao pet pacijenata sa TS, kao i 11 kontrola. Uzeli su mali uzorak ćelija kože od svakog pacijenta da bi stvorili indukovane pluripotentne linije matičnih ćelija. Pluripotentne matične ćelije mogu se programirati da postanu različite vrste ćelija, uključujući neurone bazalnih ganglija. Ovo uključuje uzgoj pluripotentnih ćelijskih linija u 3D sklopove ćelija koje se nazivaju organoidi, gde se oni progresivno diferenciraju u neurone u procesu koji oponaša embrionalni razvoj.
„Organoidi nam daju jedinstvenu sposobnost da istovremeno ispitamo više tipova ćelija i pomažu nam da bolje razumemo složenu raznolikost ljudskog mozga na način specifičan za pacijenta“, kaže Brejdi. Razvoj neurona bazalnih ganglija se zatim može uporediti između organoida dobijenih od kontrolnih i TS pojedinaca.
Prvo, tim je želeo da prouči prisustvo inhibitornih interneurona u TS organoidima u odnosu na kontrole. Tražili su specifične markere ovih neurona koristeći imunocitohemijsku analizu za vizuelizaciju proteina i takođe su sekvencirali RNK da bi otkrili transkripte specifične za inhibitorne interneurone. Obe metode su potvrdile smanjenje inhibitornih interneurona u TS organoidima.
„Ovo pokazuje da ovi neuroni nisu izgubljeni; oni nisu uspeli da se generišu“, kaže Vaccarino. Prateći organoid od samog početka njegovog razvoja, videli smo da ove ćelije jednostavno nisu tamo.
Štaviše, progenitorne ćelije koje su trebale da postanu inhibitorni interneuroni davale su podizanje različitih vrsta ćelija, uzrokujući abnormalno oblikovanje neurona u TS organoidima.
Tim je takođe tražio potencijalne razloge iza interneuronskog deficita i pogrešnog rasporeda u bazalnim ganglijama. Otkrili su da TS neuronske matične ćelije pokazuju smanjeni odgovor na morfogen koji se zove Sonic Hedgehog, koji je ključan za razvoj bazalnih ganglija u normalnom mozgu i koji je dodat u vrlo ranim fazama kulture da bi se generisali organoidi bazalnih ganglija. Istraživači veruju da je ovaj abnormalni odgovor povezan sa anomalijama koje pokazuju TS organoidi.
Konačno, studija je sugerisala vezu između obima abnormalnosti u organoidima bazalnih ganglija i težine tika. Jedan od pet pacijenata sa TS pokazao je mnogo blaže simptome u poređenju sa njegovom kohortom. Organoidi stvoreni iz njegovih matičnih ćelija pokazali su najmanji deficit interneurona i manje očigledne pogrešne šablone, što sugeriše da bi organoidni fenotip mogao predvideti težinu bolesti u detinjstvu.
„Identifikovanje potencijalnih razlika u neurobiologiji TS na razvojnom nivou može jednog dana dovesti do ranijih dijagnoza i novih metoda za upravljanje poremećajem“, kaže Brejdi.
Sada kada je tim identifikovao razlike u bazalnim ganglijama i potencijalnom mehanizmu, planira da prouči genetsku i epigenetsku pozadinu pacijenata sa TS i razume kako oni mogu doprineti ovom abnormalnom odgovoru. Vakarino se nada da bi tekući rad njene grupe mogao dovesti do potencijalnih terapijskih intervencija. Na primer, budući lekovi bi mogli da kompenzuju manje interneurona u bazalnim ganglijama pacijenata sa TS tako što će ih učiniti uzbudljivijima.
„Kada saznate zašto se nešto dešava u razvoju, onda možete smisliti načine da to poboljšate“, kaže Vakarino.
