جیب MSH3 را نشانه بگیرید: بینش‌های تازه درباره گسترش تکرارهای CAG

در HD، پروتئین‌های ترمیم DNA مانند MSH3 گاهی به‌اشتباه باعث می‌شوند تکرار CAGتکرار CAG کشش DNA در ابتدای ژن هانتینگتون که حاوی توالی CAG است که بارها تکرار شده است و در افرادی که به هانتینگتون مبتلا می شوند به طور غیر طبیعی طولانی است. به‌مرور زمان طولانی‌تر شود. دانشمندان بریتانیایی نشان دادند که هدف گرفتن یک «جیب» بسیار کوچکِ اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNA روی MSH3 این فرایند را کند می‌کند و مسیر تازه‌ای برای توسعه درمان‌ها باز می‌کند.

بیماری هانتینگتون (HD) به‌علت بخشی از حروف تکرارشونده DNA، یعنی C-A-G، درون ژن huntingtin ایجاد می‌شود. مدت‌هاست می‌دانیم این تکرارها زیان‌بارند، اما در سال‌های اخیر فهمیده‌ایم که آن‌ها ناپایدار هم هستند و می‌توانند با گذشت زمان باز هم طولانی‌تر شوند. این فرایند که «ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن» نام دارد، هرچه بیشتر به‌عنوان یکی از محرک‌های بالقوه HD شناخته می‌شود. شواهد رو‌به‌افزایش نشان می‌دهد وقتی تکرارهای CAG در برخی نوروننورون سلول های مغزی که اطلاعات را ذخیره و انتقال می دهند‌های آسیب‌پذیر گسترش می‌یابند، سرانجام به طول‌های سمی می‌رسند و به آسیب سلول‌های مغزی و بدتر شدن علائم کمک می‌کنند.

یکی از جهش‌های بزرگ در فهم ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن، کشف این بوده است که پروتئین‌هایی که مسئول ترمیم DNA آسیب‌دیده‌اند، می‌توانند محرک‌های اصلی این فرایند هم باشند. به‌جای محافظت از ژنومژنوم نامی که به تمام ژن هایی داده می شود که حاوی دستورالعمل های کامل برای ساختن یک فرد یا موجودات دیگر هستند، گاهی به گسترش تکرارهای CAG کمک می‌کنند. گروهی از دانشمندان بریتانیایی به رهبری سارا تبریزی نشان دادند که با هدف گرفتن «جیب» اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNA در یکی از این پروتئین‌ها، یعنی MSH3، می‌توانند گسترش تکرارهای CAG را کند کنند. این آزمایش‌ها در کنار هم نورافکن را روی این می‌اندازند که MSH3 چگونه گسترش تکرارهای CAG را پیش می‌برد و نشان می‌دهند شاید بتوان در این فرایند دخالت کرد، در حالی که بخش بیشتری از کارکردهای طبیعیِ ترمیم DNAِ MSH3 دست‌نخورده بماند.

چرا تکرارهای CAG مدام بزرگ‌تر می‌شوند؟

همان‌طور که خوانندگان HDBuzz احتمالاً متوجه شده‌اند، ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن به یکی از بزرگ‌ترین حوزه‌های پژوهش در HD تبدیل شده است، اما درک ما از این فرایند هنوز در حال تکامل است. مطالعات ژنتیکی بزرگ در انسان نشان دادند که تغییرات بسیار کوچکِ «املایی» در ژن‌های ترمیم DNA می‌تواند اثرات شگفت‌آوری بزرگ بر سنی داشته باشد که علائم HD در آن آغاز می‌شوند. سرنخ‌های دیگر از زیست‌شناسی مولکولی و ساختاری، مدل‌های حیوانی و آزمایش‌های سلولی آمده‌اند؛ جایی که دانشمندان می‌توانند ژن‌ها را حذف کنند یا پروتئین‌ها را اندکی تغییر دهند و ببینند برای گسترش تکرارهای CAG چه رخ می‌دهد.

بسیاری از این مطالعات به یک گروه پروتئینی مشترک اشاره می‌کنند: دستگاه ترمیم DNA سلول. کار آن‌ها گشت‌زنی روی DNA ماست؛ دنبال آسیب می‌گردند و خطاها را پیش از آنکه دردسرساز شوند اصلاح می‌کنند. برخی از این پروتئین‌ها می‌توانند در قالب تیم‌هایی به نام «کمپلکس‌های پروتئینی» کنار هم قرار بگیرند و ماشین‌های مولکولیِ ترمیم DNA بسازند. اما در HD به نظر می‌رسد تکرار CAGتکرار CAG کشش DNA در ابتدای ژن هانتینگتون که حاوی توالی CAG است که بارها تکرار شده است و در افرادی که به هانتینگتون مبتلا می شوند به طور غیر طبیعی طولانی است.ِ گسترش‌یافته آن‌ها را گیر می‌اندازد؛ تکراری که می‌تواند یک حلقهٔ بیرون‌زده و غیرمنتظره بسازد. به‌جای ترمیم مشکل، تلاششان برای درست کردن آن عملاً تکرار را طولانی‌تر می‌کند.

هنوز دقیقاً مطمئن نیستیم چرا این اتفاق می‌افتد. برخی دانشمندان می‌کوشند زیست‌شناسیِ زیربنایی را بفهمند، در حالی که گروهی دیگر روی یافتن راه‌هایی برای قطع کردن این فرایند تمرکز دارند؛ اغلب با کاهش دادن یا مسدود کردن اعضای کلیدیِ این گروه ترمیمِ از مسیر خارج‌شده.

جایی که MSH3 به DNA می‌رسد

یکی از پروتئین‌هایی که به‌عنوان بازیگر کلیدی مطرح شده، MSH3 نام دارد. این پروتئین بخشی از یک کمپلکس مهم ترمیم DNA است و در شناسایی حلقه‌ها یا برآمدگی‌های غیرمعمول در DNA مهارت دارد. در HD به نظر می‌رسد این وظیفه نتیجه معکوس می‌دهد و به اضافه شدن CAGهای بیشتر کمک می‌کند.

از قبل می‌دانیم که پایین آوردن سطح MSH3 در سلول‌ها و مدل‌های حیوانیِ HD می‌تواند گسترش تکرارهای CAG را کند کند. در واقع، چندین شرکت در حال توسعه درمان‌هایی هستند که سطح MSH3 را هدف می‌گیرند تا ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن را کند کنند، و برخی دیگر سراغ فعالیت «موتوری» ماشین مولکولیِ MSH3 رفته‌اند. اما رویکرد دیگری هم این است که دقیقاً بفهمیم MSH3 چگونه با DNA سر و کار پیدا می‌کند و آیا می‌توان آن برهم‌کنش را بدون حذف کامل پروتئین قطع کرد یا نه.

مطالعات، یک جیب کوچکِ اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNA را روی MSH3 شناسایی کرده‌اند که در آن، یک شیار روی سطح پروتئین با حلقه‌های کج‌ومعوج DNA تماس پیدا می‌کند؛ مثل حلقه‌هایی که در حضور تعداد زیادی تکرار CAGتکرار CAG کشش DNA در ابتدای ژن هانتینگتون که حاوی توالی CAG است که بارها تکرار شده است و در افرادی که به هانتینگتون مبتلا می شوند به طور غیر طبیعی طولانی است. شکل می‌گیرند. در این مطالعه، پژوهشگران تغییرات بسیار کوچکی روی سطح این جیب ایجاد کردند تا بررسی کنند اثر گذاشتن بر اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNA چگونه می‌تواند گسترش تکرارهای CAG را تغییر دهد. اگر گسترش کاهش یابد، شاید بتوان داروهایی طراحی کرد که این جیب را مسدود کنند و جلوی چسبیدن MSH3 به DNA در جای نادرست را بگیرند.

آزمونِ جیب در میدان

برای آزمودن اینکه آیا این جیبِ اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNA واقعاً اهمیت دارد یا نه، دانشمندان یک مدل سلولیِ ویژه مهندسی کردند. این سلول‌ها قطعه‌ای از هانتینگتین را با یک بخش بسیار بلند از تکرارهای CAG (۱۱۸) حمل می‌کردند که با گذشت زمان به‌طور قابل پیش‌بینی طولانی‌تر می‌شد. همچنین به پژوهشگران اجازه می‌داد سطح MSH3 را کنترل کنند و تغییرات بسیار کوچکی در خودِ پروتئین ایجاد کنند.

پروتئین‌ها از بیست «آجر» شیمیاییِ متفاوت به نام اسیدهای آمینه ساخته می‌شوند. دو مورد از آن‌ها، تیروزین (Y) و لیزین (K)، درون جیب اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNAِ MSH3 کنار هم قرار دارند و به آن کمک می‌کنند حلقه‌های نامنظم DNA را تشخیص دهد. پژوهشگران با مهندسی ژنتیک، این اسیدهای آمینه را با انواع دیگری جایگزین کردند تا ببینند وقتی MSH دیگر نتواند DNA را به همان شکل بگیرد، چه اتفاقی می‌افتد.

نتایج چشمگیر بود. تغییر دادن فقط همین دو اسید آمینه، گسترش تکرارهای CAG را تقریباً به‌طور کامل متوقف کرد. پژوهشگران همچنین نشان دادند که این به این دلیل نبود که MSH3 کلاً از کار افتاده باشد. پروتئین همچنان به‌طور طبیعی ساخته می‌شد و هنوز می‌توانست با پروتئین‌های دیگر در کمپلکس ترمیم DNA هم‌تیمی شود. در عوض، این تغییرات مانع از آن شد که MSH3 به حلقه‌های غیرطبیعیِ DNA که توسط تکرارهای CAG گسترش‌یافته شکل می‌گیرند متصل شود.

آیا می‌توان برای این جیب دارو ساخت؟

نشان دادن اینکه این جیبِ اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. اهمیت دارد، قدم اول است. پرسش بعدی این است که آیا می‌توان آن را با دارو هدف گرفت یا نه. سپس پژوهشگران سراغ یک مولکول کوچک به نام CP1 رفتند. پیش‌تر نشان داده شده بود که این ترکیب نزدیکِ جیب MSH3 می‌نشیند و توانایی آن برای اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNA را مختل می‌کند. CP1 دارویی برای درمان بیماری نیست؛ راه درازی در پیش است تا مولکول‌هایی ساخته، انتخاب و آزمایش شوند که معیارهای یک دارو را داشته باشند. در عوض، می‌توانید آن را یک «ترکیب ابزاری» بدانید که دانشمندان برای بررسی MSH3 از آن استفاده می‌کنند.

برای آزمودن CP1، پژوهشگران یک تلهٔ آزمایشی چیدند. آن‌ها قطعه کوتاهی از DNA ساختند که نوعی حلقهٔ CAG را در خود داشت؛ همان نوعی که MSH3 معمولاً آن را تشخیص می‌دهد، و از آن به‌عنوان «طعمه» مولکولی استفاده کردند. همان‌طور که انتظار می‌رفت، MSH3 به طعمه چسبید، اما پس از تیمار با CP1، مقدار بسیار کمتری از پروتئین به دام افتاد.

این فقط یک حقهٔ بیوشیمیایی نبود. CP1 همچنین برهم‌کنش میان MSH3 و حلقه‌های DNA حاوی CAG را در سلول‌های زنده کاهش داد؛ از جمله نوروننورون سلول های مغزی که اطلاعات را ذخیره و انتقال می دهند‌هایی که از سلول‌های بنیادیِ یک فرد مبتلا به HD به‌دست آمده بودند. مهم‌تر از همه، ترکیب CP1 در همه این سامانه‌های آزمایشی، ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن را کند کرد.

هدف‌گیری دقیق‌ترِ MSH3

مدتی است می‌دانیم MSH3 هدف جذابی برای کند کردن ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن است و چندین شرکت از همین حالا در حال توسعه درمان‌هایی هستند که برای پایین آوردن سطح MSH3 طراحی شده‌اند. با این حال، چون MSH3 به‌طور طبیعی به ترمیم DNA آسیب‌دیده کمک می‌کند، نگرانی‌های قابل درکی درباره خاموش کردن کاملِ پروتئینی وجود دارد که از ژنومژنوم نامی که به تمام ژن هایی داده می شود که حاوی دستورالعمل های کامل برای ساختن یک فرد یا موجودات دیگر هستند ما محافظت می‌کند. این مقاله ایده دیگری را بررسی کرد: به‌جای حذف MSH3، آیا دانشمندان می‌توانند صرفاً جلوی برهم‌کنش آن با ساختارهای غیرطبیعیِ DNA را بگیرند؛ همان ساختارهایی که گسترش تکرارهای CAG را پیش می‌برند؟

به نظر می‌رسد پاسخ مثبت است. پژوهشگران با هدف گرفتن یک جیب کوچکِ اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNA توانستند ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن را کند کنند، در حالی که کارکرد طبیعیِ MSH3 را دست‌نخورده نگه داشتند، و این را در چندین سامانه نشان دادند.

چند نکته که بد نیست در جیب داشته باشید

چند نکته مهم هست که باید در نظر گرفت. این پژوهش هنوز در مراحل بسیار ابتدایی است. دانشمندان با هوشمندی مدل‌ها و ابزارهای موجود را سازگار کردند—از جمله سلول‌هایی با تکرارهای CAG که سریع گسترش می‌یابند، سطح قابل تنظیمِ MSH3 و «طعمه» DNA حلقه‌دار—تا پرسش‌های مهمی درباره ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن مطرح کنند. این گامی به سوی درک عمیق‌تر است، اما برای مشخص شدن اینکه آیا نتیجه‌گیری‌ها در محیط پیچیده مغز، و در نهایت در افراد مبتلا به HD هم صدق می‌کند یا نه، به کار بیشتری نیاز است.

مولکول کوچکِ به‌کاررفته در این مطالعه محدودیت‌هایی هم دارد. هرچند CP1 به‌راحتی داخل جیب MSH3 می‌لغزد، اما یک ابزار پژوهشی است نه یک نامزد دارویی، و استفاده از آن در دوزهای بالاتر در واقع کمی برای سلول‌ها سمی بود. با اینکه به‌وضوح برهم‌کنش میان MSH3 و DNA حاوی CAG را مختل کرد، به نظر می‌رسد سطح MSH3 را هم اندکی پایین می‌آورد و جدا کردن کامل این دو اثر را دشوار می‌کند. برای حرکت به سمت بالین، احتمالاً به ترکیبات انتخابی‌تر نیاز خواهد بود.

با وجود این محدودیت‌ها، این مطالعه یک پیشرفت مهم به شمار می‌آید. این کار شواهدی ارائه می‌کند که مختل کردن یک جیب مشخصِ اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNA در MSH3 شاید برای کند کردن گسترش تکرارهای CAG کافی باشد. این پژوهش جیب اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNAِ MSH3 را به‌عنوان یک هدف درمانیدرمانی درمانِ تازه و جذاب معرفی می‌کند—و در را به روی مسیر امیدوارکننده‌ای برای کند کردن ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن در HD باز می‌کند.

خلاصه

• MSH3 یک پروتئین ترمیم DNA است که می‌تواند به‌طور تصادفی باعث شود تکرارهای CAG با گذشت زمان طولانی‌تر شوند و احتمالاً به بیماری هانتینگتون کمک کند.
• دانشمندان یک جیب بسیار کوچک را روی MSH3 شناسایی کردند که به آن کمک می‌کند به ساختارهای غیرمعمول DNA که توسط تکرارهای CAG گسترش‌یافته شکل می‌گیرند بچسبد.
• تغییر دادن این جیب یا مسدود کردن آن با یک ترکیب پژوهشی، گسترش تکرارهای CAG را در سلول‌ها کند کرد.
• این می‌تواند راه تازه‌ای برای کند کردن گسترش تکرارهای CAG بدون حذف کامل MSH3 ارائه کند، هرچند پیش از آنکه این رویکرد بتواند به درمان تبدیل شود، به پژوهش بیشتری نیاز است.