Mozak se često naziva „crna kutija“ – ona u koju je teško zaviriti unutra i odrediti šta se dešava u bilo kom trenutku. Ovo je deo razloga zašto je teško razumeti složenu interakciju molekula, ćelija i gena koji leže u osnovi neuroloških poremećaja. Ali nova CRISPR metoda skrininga razvijena u Scripps Research-u ima potencijal da otkrije nove terapijske ciljeve i tretmane za ova stanja.
Metoda, prikazana u studiji objavljenoj u Cell 20. maja 2024. godine, pruža način da se brzo ispitaju tipovi moždanih ćelija povezanih sa ključnim razvojnim genima u obimu koji do sada nije urađen – pomažući da se otkriju genetski i ćelijski pokretači različitih neuroloških bolesti.
„Znamo da određene mutacije u našem genomu mogu da nas učine ranjivim ili otpornim na različite bolesti, ali koji specifični tipovi ćelija stoje iza bolesti? Koji regioni mozga su podložni mutacijama genoma u tim ćelijama? Ovo su vrste pitanja koja pokušavam da odgovorim“, kaže stariji autor dr Ksin Jin, docent na Odeljenju za neuronauku u Scripps Research.
„Sa ovom novom tehnologijom želimo da izgradimo dinamičniju sliku u regionu mozga, po tipu ćelije, kroz vreme razvoja bolesti, i zaista počnemo da razumemo kako se bolest dogodila – i kako da dizajniramo intervencije.“
Zahvaljujući više od jedne decenije naporima u ljudskoj genetici, naučnici su imali pristup dugačkim listama genetskih promena koje doprinose nizu ljudskih bolesti, ali saznati kako gen izaziva bolest je veoma različito od znanja kako lečiti samu bolest. Svaki gen rizika može uticati na jedan ili više različitih tipova ćelija. Razumevanje kako ti tipovi ćelija – pa čak i pojedinačne ćelije – utiču na gen i utiču na napredovanje bolesti je ključno za razumevanje kako na kraju lečiti tu bolest.
Ovo je razlog zašto Jin, zajedno sa prvim autorom studije, Ksinhe Zheng, dr. kandidat i Frenk J. Dikon postdiplomac u Scripps Research, ko-izmislio novu tehniku, nazvanu in vivo Perturb-sek. Ovaj metod koristi tehnologiju CRISPR-Cas9 i očitavanje, jednoćelijsku transkriptomsku analizu, za merenje njenog uticaja na ćeliju: jednu po jednu ćeliju.
Koristeći CRISPR-Cas9, naučnici mogu da naprave precizne promene u genomu tokom razvoja mozga, a zatim pažljivo prouče kako te promene utiču na pojedinačne ćelije koristeći transkriptomsku analizu jedne ćelije – za hiljade ćelija paralelno.
„Naš novi sistem može da meri odgovor pojedinačnih ćelija nakon genetskih poremećaja, što znači da možemo da slikamo da li su određeni tipovi ćelija podložniji od drugih i da drugačije reaguju kada se dogodi određena mutacija“, kaže Jin.
Ranije je metod za unošenje genetskih poremećaja u moždano tkivo bio veoma spor, često je trajao danima ili čak nedeljama, što je stvaralo suboptimalne uslove za proučavanje genskih funkcija vezanih za neurorazvoj. Ali Jin-ova nova metoda skrininga omogućava brzu ekspresiju agensa perturbacije u živim ćelijama u roku od 48 sati – što znači da naučnici mogu brzo da vide kako specifični geni funkcionišu u različitim tipovima ćelija u veoma kratkom vremenskom periodu.
Metod takođe omogućava nivo skalabilnosti koji je ranije bio nemoguć – istraživački tim je bio u stanju da profiliše više od 30.000 ćelija u samo jednom eksperimentu, 10-20 puta ubrzanim u odnosu na tradicionalne pristupe. U mnogim regionima mozga koje su pregledali, kao što je mali mozak, uspeli su da sakupe desetine hiljada ćelija koje prethodne metode obeležavanja nisu mogle da dosegnu.
U pilot studiji koja je koristila ovu novu tehnologiju, interesovanje Jin i njenog tima izazvalo je kada su videli da genetska perturbacija izaziva različite efekte kada je poremećena u različitim tipovima ćelija. Ovo je važno jer su ti pogođeni tipovi ćelija mesta delovanja za određene bolesti ili genetske varijante.
„Uprkos njihovoj manjoj populaciji, neki tipovi ćelija sa malom izobilju mogu imati jači uticaj od drugih zbog genetske perturbacije, a kada sistematski posmatramo druge tipove ćelija kroz više gena, vidimo obrasce. Zato je rezolucija jedne ćelije – koja sposoban da proučava svaku ćeliju i kako se ona ponaša – može nam ponuditi sistematski pogled“, kaže Jin.
Sa svojom novom tehnologijom u ruci, Jin planira da je primeni kako bi bolje razumela neuropsihijatrijska stanja i kako određeni tipovi ćelija odgovaraju različitim regionima mozga. Idući dalje, Jin kaže da je uzbuđena što vidi ovu vrstu tehnologije primenjenu na dodatne tipove ćelija u drugim organima u telu kako bi bolje razumela širok spektar bolesti u smislu tkiva, razvoja i starenja.
