HD2026 سمپوزیوم دوسالانه میلتون وکسلر، روز ۲

برای روز ۲ سمپوزیوم دوسالانه میلتون وکسلر ۲۰۲۶ در بوستونِ ماساچوست، همراه با بنیاد بیماری هانتینگتون، برگشته‌ایم. سخنرانی‌های علمی امروز طیفی از موضوعات را پوشش داد؛ از ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن و نشانگرهای زیستی بالینی گرفته تا هوش مصنوعی (AI) و رفتار پروتئین هانتینگتینپروتئین هانتینگتین پروتئین تولید شده توسط ژن هانتینگتون. برویم سراغش!

تکیه بر ژنتیک انسانی HD برای مطالعه تعدیل‌کننده‌های ترمیم DNA

صبح امروز با سخنرانی‌هایی درباره ژنتیک HD و این‌که ماشین‌های ترمیم DNA چگونه بر شروع علائم و سپس پیشرفت آن‌ها در افراد مبتلا به HD اثر می‌گذارند آغاز می‌شود. نخستین سخنران ونسا ویلر بود که پژوهش‌هایش به برخی از ماشین‌های مولکولیِ محرکِ ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن می‌پردازد—فرایندی که طی آن تعداد CAG در برخی سلول‌ها با گذشت زمان می‌تواند افزایش یابد. هرچند ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن شاید ایده‌ای تازه به نظر برسد، ونسا با یادآوری سابقه طولانی آن در حوزه HD شروع می‌کند؛ از مدت کوتاهی پس از نقشه‌برداری ژن HTT در سال ۱۹۹۳. با پیشرفت ابزارها و مجموعه‌داده‌ها، اکنون درک بسیار بهتری از این داریم که این فرایند چگونه HD را پیش می‌برد.

ونسا و دیگران بررسی کرده‌اند که چگونه تغییرات ژنتیکیِ خارج از ژن HD که بر علائم HD اثر می‌گذارند—که به آن‌ها «تعدیل‌کننده‌های ژنتیکی» گفته می‌شود—می‌توانند بر میزان ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن اثر بگذارند. آن‌ها ابتدا از داده‌های انسانی شروع کردند و سپس برای درک بهتر سازوکار، به موش‌های مدل HD روی آوردند و ژن‌هایی را یافتند که سرعت ناپایداری را افزایش یا کاهش می‌دهند. این کار مهم است تا ۱) مشخص شود چه چیزی این فرایند را در HD هدایت می‌کند و ۲) کدام‌یک از این ژن‌ها می‌تواند هدف دارویی خوبی برای کند کردن HD باشد.

یکی از تعدیل‌کننده‌هایی که در این کار برجسته بود ATAD5 است. در موش‌های فاقد ATAD5، تیم ونسا پایداری بیشتری در تکرارهای CAG مشاهده کرد. این موضوع هم در کبد و هم در جسم مخطط (striatum)، بخش عمقی مغز که در HD آسیب می‌بیند، صادق بود. سپس آن‌ها ژنتیک پیچیده‌ای انجام دادند و موش‌هایی ساختند که چندین تعدیل‌کننده را هم‌زمان ندارند. مشخص شد ATAD5 جدا از سایر ماشین‌های ترمیم DNA که بیشتر مطالعه شده‌اند—مانند تعدیل‌کننده‌ای به نام FAN1—عمل می‌کند. تعدیل‌کننده دیگری که بررسی کردند LIG1 بود. این تعدیل‌کننده بر ناپایداری اثر می‌گذارد، اما به بقای سلول‌ها هم کمک می‌کند؛ بنابراین احتمالاً هدف دارویی خوبی نیست.

یکی از اهداف پیشتاز در حوزه HD، MSH3 است—همان هدفی که لَتوس و لوکوس۲۳ دنبال می‌کنند، همان‌طور که دیروز شنیدیم. MSH3 به‌خوبی شناخته شده است که به‌طور کلی ناپایداری را پیش می‌برد، اما این‌که دقیقاً در چه زمانی طی عمر یک فرد مبتلا به HD این اتفاق می‌افتد کمتر روشن است. برای بررسی بیشتر، ونسا MSH3 را در زمان‌های مختلفی از طول عمر موش‌های مدل HD حذف کرد. هرچه MSH3 زودتر حذف می‌شد، اثر بهتری در کند کردن ناپایداری، کاهش توده‌های سمی HTT و کنترل این‌که کدام ژن‌ها روشن/خاموش می‌شوند دیده می‌شد. این نشان می‌دهد داروهای هدف‌گیرندهگیرنده مولکولی روی سطح سلول که مواد شیمیایی سیگنال دهنده به آن متصل می شوند MSH3 باید در مراحل اولیه HD امتحان شوند.

ونسا مانند دیگران به قطعه HTT1a و این‌که چگونه ساخته می‌شود نیز علاقه‌مند است. معلوم شد موش‌های فاقد MSH3 مقدار کمتری HTT1a هم می‌سازند. به نظر می‌رسد این اتفاق به این دلیل رخ می‌دهد که تکرارهای CAG طولانی‌تر به HTT1a بیشتر منجر می‌شوند؛ بنابراین کند کردن ناپایداری بر میزان HTT1a تولیدشده اثر می‌گذارد.

تیم ونسا همچنین در حال توسعه راه‌های تازه‌ای برای اندازه‌گیری تکرارهای CAG است، به‌صورت تک‌سلولی. این ابزارهای جدید در پژوهش‌های HD مهم‌اند: ژنتیک‌دان‌های حرفه‌ای درباره این‌که چرا یک روش ممکن است نسبت به روش دیگر مشکل‌زا باشد، نظرهای قوی دارند. استفاده از چند رویکرد می‌تواند اعتماد ما به داده‌ها را بیشتر کند.

تعدیل‌کننده‌های ژنتیکیِ علائم روان‌پزشکی، حرکتی و شناختی در HD

در ادامه از چینگ‌چین لی شنیدیم که او نیز تعدیل‌کننده‌های ژنتیکی HD را مطالعه می‌کند. این‌ها تفاوت‌های ژنتیکیِ خارج از ژن HD هستند که می‌توانند بر زمان شروع علائم یا روند پیشرفت آن‌ها اثر بگذارند. چینگ‌چین علاقه‌مند است بداند چگونه می‌توان داده‌های ژنتیکی را با اطلاعات بالینی درباره HD پیوند داد تا بفهمیم چه چیزی علائم مشخص را هدایت می‌کند و اهداف دارویی‌ای پیدا کنیم که به درمان جنبه‌های مختلف HD کمک کنند.

برای این کار به داده‌های ژنتیکی نیاز داریم؛ بنابراین چینگ‌چین و تیمش در حال توالی‌یابیِ ژنومژنوم نامی که به تمام ژن هایی داده می شود که حاوی دستورالعمل های کامل برای ساختن یک فرد یا موجودات دیگر هستند کاملِ شرکت‌کنندگان در Enroll-HD هستند. این بیش از ۲۰٬۰۰۰ نمونه است که هر نمونه (به‌صورت ناشناس) به یک شرکت‌کننده در مطالعه متصل است، همراه با همه داده‌های ارزیابی بالینی او. حدود ۱۴٬۰۰۰ نمونه از این‌ها همچنین با جزئیات بیشتری تحلیل خواهند شد تا ژن HTT با دقت بالا توالی‌یابی شود. این کار آسان نیست، چون تکرارهای طولانی CAG می‌توانند با بسیاری از روش‌های روتین توالی‌یابی تداخل ایجاد کنند.

چینگ‌چین و تیمش انواع ترفندهای تحلیلی در آستین دارند و حالا با در اختیار داشتن این همه داده، تازه شروع کرده‌اند به کندوکاو در روندها. آن‌ها بررسی می‌کنند کدام نشانگرهای ژنتیکی به‌طور کلی با علائم مربوط به تفکر، خلق‌وخو و حرکت در HD هم‌راستا هستند. سپس عمیق‌تر رفتند تا ببینند کدام ژن‌ها بر زمان تشخیص و بروز علائم مشخصی مانند تحریک‌پذیری و بی‌انگیزگی اثر می‌گذارند. در این تحلیل چند چهره آشنا هم ظاهر شد، از جمله ژن‌های FAN1 و MSH3.

علاوه بر ژن‌های منفرد، چینگ‌چین و تیمش شبکه‌های کامل ژنی را هم بررسی کردند که ممکن است به‌صورت موازی عمل کنند و نشانه‌های مختلف HD را پیش ببرند. در کنار شبکه‌های ژنی مرتبط با ترمیم DNA، آن‌ها ارتباط‌هایی با ژن‌هایی می‌بینند که تنظیم می‌کنند پروتئین‌ها چگونه پایش می‌شوند و به سطل‌های زباله سلول فرستاده می‌شوند. در مقایسه با مطالعات قبلی که ژنتیک و علائم را به هم پیوند می‌دادند، این مسیر تازه‌ای برای پژوهش‌های HD به شمار می‌آید.

برای این‌که بفهمیم ژنتیک چگونه با جنبه‌های مختلف HD هم‌راستا می‌شود، به مجموعه‌داده‌های عظیم نیاز داریم تا مطالعات توان آماری کافی داشته باشند، و همچنین به دانشمندان زیادی که از زاویه‌های مختلف و با مجموعه‌ای از تکنیک‌های ریاضی به آن‌ها نگاه کنند. از پژوهشگران HD مانند چینگ‌چین که از همکاری دانشمندان و ایجاد کنسرسیوم‌ها برای تحلیل مجموعه‌داده‌های بزرگ حمایت می‌کنند سپاسگزاریم.

چرخ سومِ محرک HD

پس از چینگ‌چین، جیمز (جیم) گوسلا، یکی از چهره‌های بزرگ حوزه HD، سخنرانی کرد. جیم دو محرک کلیدی HD را توصیف کرد: ۱) داشتن ژن HTT با 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، و ۲) گسترش سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدنِ 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. در طول عمر فرد. سخنرانی او بر یک محرک بالقوه سوم برای HD متمرکز بود: تعدیل‌کننده‌های ژنتیکی دیگری که ممکن است بر زمان شروع علائم اثر بگذارند. جیم از حضار خواست به یاد داشته باشند که بسیاری از این تعدیل‌کننده‌ها ممکن است ارتباط چندانی با ژن HTT یا مسیرهای ترمیم DNAِ محرکِ گسترش CAG نداشته باشند. واقعیت این است که هنوز دقیقاً نمی‌دانیم این تعدیل‌کننده‌های «چرخ سوم» چگونه عمل می‌کنند!

جیم تأکید می‌کند که همه سلول‌های مغز به یک شکل تحت تأثیر HD قرار نمی‌گیرند؛ بنابراین شاید این موضوع سرنخ‌هایی درباره نحوه کار این تعدیل‌کننده‌های کمتر مطالعه‌شده به ما بدهد. یکی از ژن‌هایی که او برجسته کرد TCERG1 است؛ تعدیل‌کننده‌ای که در یک GWAS اخیر (مطالعه‌ای عمیق روی هزاران ژنومژنوم نامی که به تمام ژن هایی داده می شود که حاوی دستورالعمل های کامل برای ساختن یک فرد یا موجودات دیگر هستند HD) یافت شده است. TCERG1 در اصل بیش از ۲۰ سال پیش به‌عنوان تعدیل‌کننده نشانه‌ها و علائم HD توصیف شده بود. جالب این‌که مانند ژن HTT، ژن TCERG1 نیز یک توالی تکراری دارد که به نظر می‌رسد طول آن برای اثرگذاری‌اش در HD مهم است. در افرادی که از قبل ژن HTT گسترش‌یافته را دارند، تکرارهای طولانی‌تر در TCERG1 ظاهراً به بروز زودتر نشانه‌ها و علائم HD منجر می‌شود.

یکی دیگر از این تعدیل‌کننده‌های بالقوه MED15 است؛ یکی از اجزای یک ماشین مولکولی بسیار بزرگ به نام Mediator که کمک می‌کند کنترل شود کدام ژن‌ها روشن و خاموش شوند. برخی تغییرات در کُد ژنتیکی MED15 ظاهراً باعث می‌شود علائم HD حتی زودتر شروع شوند. MED15 همچنین یک پروتئینِ دارای تکرار است (الگو را می‌بینید؟!) و مانند HTT یک 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. دارد. این بار ارتباط ژنتیک MED15 با علائم HD، وقتی جیم تحلیلش را توضیح داد، کمی پیچیده‌تر بود؛ اما باز هم به نظر می‌رسد نوعی اثرگذاری MED15 بر HD وجود دارد.

جیم چندین تعدیل‌کننده بالقوه دیگر را هم برجسته کرد که ممکن است در جاهای غیرمنتظره عمل کنند؛ مانند میان نسخه‌های مختلف DNA، در میتوکندریمیتوکندری ماشین‌های کوچکی در داخل سلول‌های ما که سوخت را به انرژی تبدیل می‌کنند و سلول‌ها را قادر به عملکرد می‌کنند.‌های تولیدکننده انرژی، یا همراه با شرکای پروتئین هانتینگتینپروتئین هانتینگتین پروتئین تولید شده توسط ژن هانتینگتون. جیم یکی دیگر از دانشمندان برجسته HD است که برای به‌اشتراک‌گذاری و دریافت بازخورد درباره داده‌های اولیه ارزش قائل است؛ بنابراین این تحلیل‌ها هنوز در جریان‌اند، اما شاید سرنخ‌هایی درباره «چرخ سوم» دخیل در HD به ما بدهند!

ردیابی ترمیم DNA در سامانه‌های زنده

در ادامه از جودیت پرائنا-فرناندز شنیدیم که درباره کارش برای توسعه روش‌های بهبودیافته جهت شناسایی فعالیت ترمیم DNA—که ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن را پیش می‌برد—در یک مدل موشی HD صحبت کرد. در حالی که گسترش سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن به نظر می‌رسد برای تعیین زمان شروع نشانه‌ها و علائم HD مهم باشد، این فرایند در انسان‌ها طی بازه زمانی بسیار طولانی رخ می‌دهد و همین، ردیابی و پایش آن را برای دانشمندان دشوار می‌کند. این یک مانع برای درمان‌هایی است که امیدوارند ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن را کند کنند—چطور خواهیم فهمید که مؤثرند؟

جودیت و تیمش در تلاش بوده‌اند راه‌های تازه‌ای برای اندازه‌گیری ترمیم DNA به‌عنوان یک شاخص جانشین (proxy) برای ردیابی گسترش 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. پیدا کنند. روش آن‌ها URSA نام دارد که مخفف unscheduled DNA repair synthesis است. آن‌ها از «حروف» ویژه DNA استفاده می‌کنند که مانند چراغ راهنما عمل می‌کنند تا مشخص شود ترمیم DNA چه زمانی و کجا در مدل‌های مختلف HD رخ می‌دهد؛ شروع کار هم با سلول‌های داخل ظرف کشت است.

آن‌ها دریافتند که خودِ ژن HTT در مدل‌های HD بسیار زیاد در حال ترمیم است و تأیید کردند که MSH3 بازیگر مهمی در این فرایند است. سپس از مدل‌های HD عبور کردند و این رویکرد جدید را با موفقیت چشمگیر روی نمونه‌های خون انسان به کار بردند! بعد دوباره به موش‌های مدل HD برگشتند و بررسی‌های بیشتری انجام دادند تا مطمئن شوند رویکردشان درست کار می‌کند. آن‌ها دریافتند ژن HTT گسترش‌یافته در این موش‌ها «بیشترین» میزان ترمیم را دارد و این ترمیم در بخشی از ژن رخ می‌دهد که حاوی حروف DNA تکرارشونده CAG است.

جودیت و تیمش امیدوارند این تکنیک جدید بتواند برای ردیابی فعالیت ترمیم DNA که به گسترش سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدنِ تعداد CAG در ژن HTT منجر می‌شود به کار رود. در نهایت، برای کارآزمایی‌های بالینی آینده به روش‌هایی از این دست نیاز داریم تا کمک کنند ارزیابی کنیم آیا داروهایی که می‌کوشند این فرایند را کند کنند واقعاً اثر می‌کنند یا نه.

راهی تازه برای بیرون ریختن زباله‌های HTT در سلول

آخرین سخنرانیِ نشستِ مربوط به تعدیل‌کننده‌ها از آسا پترسن بود که درباره پژوهش‌هایش روی پروتئینی به نام SIDT2 و ارتباط آن با HD صحبت کرد. آسا راه‌های مختلفی را بررسی می‌کند که شاید بتوانیم HTT را به زباله‌دان سلول بفرستیم، با تمرکز بر فرایندی به نام اتوفاژی. او به نوع خاصی از اتوفاژی علاقه‌مند است که مواد ژنتیکی را هدف می‌گیرد.

مشخص شد SIDT2 به 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. در پیام ژنتیکی HTT می‌چسبد و ظاهراً می‌تواند کمک کند آن را به زباله‌دان سلول بفرستد و تعداد توده‌های سمی HTT را کاهش دهد. در افراد مبتلا به HD، به‌طور کلی پروتئین SIDT2 کمتری در جسم مخطط (آسیب‌پذیرترین ناحیه مغز در HD) نسبت به افراد کنترل یافت می‌شود. SIDT2 موجود هم ظاهراً در توده‌هاتوده‌ها توده‌های پروتئینی که داخل سلولها در بیماری هانتیگینتون و بعضی از سایر بیماری‌های دژنراتیو تشکیل میشوند. گیر می‌کند؛ که نشان می‌دهد شاید درست کار نمی‌کند تا سلول‌های مغزی را از زباله‌های مولکولی پاک نگه دارد.

برای پیگیری این یافته‌ها در سلول‌ها، آسا و تیمش به موش‌های مدل HD روی آوردند. یافته‌های in vivo آن‌ها مشابه بود: موش‌های HD مقدار کمتری SIDT2 کارآمد دارند و توده‌های سمی HTT بیشتری. افزایش SIDT2 ظاهراً این نشانه‌های HD را در این مدل‌ها بهبود داد. این‌که آیا می‌تواند هدف خوبی برای دارو باشد یا نه هنوز مشخص نیست، اما همان‌طور که یکی از حضار گفت، عالی است که یک مهره دیگر هم روی صفحه شطرنجِ کاهش هانتینگتین داریم.

فناوری‌های جدید و تحلیل‌های تازه در جست‌وجوی نشانگرهای زیستی HD

سخنرانی بعدی از نیلز اسکوتّه بود که رویکرد تازه‌ای برای نشانگرهای زیستی HD پیشنهاد کرد. نشانگر زیستینشانگر زیستی آزمایشی از هر نوع – از جمله آزمایش خون، تست تفکر و اسکن مغز – که می تواند پیشرفت بیماری مانند هانتینگتون را اندازه گیری یا پیش بینی کند. نشانگرهای زیستی ممکن است آزمایش‌های بالینی داروهای جدید را سریع‌تر و قابل اعتمادتر کنند. (biomarker) به‌سادگی چیزی است که می‌توانیم اندازه‌گیری کنیم—مثلاً در خون یا از طریق تصویربرداری—تا بفهمیم HD چقدر پیشرفت کرده یا آیا یک دارو اثر می‌کند یا نه. انفجار هیجان‌انگیزی از درمان‌های در حال توسعه رخ داده است، اما هنوز اندازه‌گیری تغییرات مغزی به‌طور دقیق و غیرتهاجمی دشوار است. این موضوع کلیدی است، چون با پیشرفت کارآزمایی‌های بالینی، به راه‌هایی نیاز داریم تا تأیید کنیم داروهای جدید به اهدافشان می‌خورند و از مغز در افراد مبتلا به HD محافظت می‌کنند.

کار نیلز پیشنهاد می‌کند چندین نشانگر زیستینشانگر زیستی آزمایشی از هر نوع – از جمله آزمایش خون، تست تفکر و اسکن مغز – که می تواند پیشرفت بیماری مانند هانتینگتون را اندازه گیری یا پیش بینی کند. نشانگرهای زیستی ممکن است آزمایش‌های بالینی داروهای جدید را سریع‌تر و قابل اعتمادتر کنند. را هم‌زمان در مایع مغزی‌نخاعی (CSF) اندازه‌گیری کنیم و از مدل‌های ریاضی استفاده کنیم تا بفهمیم وقتی این‌ها هم‌زمان تغییر می‌کنند، معنایش چیست. این کار می‌تواند به‌طور بالقوه نمای دقیق‌تری از هم پیشرفت HD و هم اثرات هر درمان آزمایشی ارائه دهد.

ما انبوهی از داده‌ها داریم که درباره زیست‌شناسی HD به ما می‌گویند. تحلیل‌های بزرگ‌مقیاس «اُمیکس» (omics) در مقیاسی گسترده به تغییراتی نگاه می‌کنند که در پروتئین‌ها، RNA، لیپیدها (چربی‌ها) و موارد دیگر رخ می‌دهد. چون سطح پروتئین‌ها نسبتاً پایدارتر است، نیلز برای یافتن نشانگرهای زیستی HD به تحلیل‌های «پروتئومیکس» (proteomics) نگاه می‌کند. او اشاره می‌کند که نامزدهای فعلی نشانگر زیستینشانگر زیستی آزمایشی از هر نوع – از جمله آزمایش خون، تست تفکر و اسکن مغز – که می تواند پیشرفت بیماری مانند هانتینگتون را اندازه گیری یا پیش بینی کند. نشانگرهای زیستی ممکن است آزمایش‌های بالینی داروهای جدید را سریع‌تر و قابل اعتمادتر کنند. مانند PENK و NfLNfL بیومارکر سلامت مغز می‌توانند در بیماری‌های دیگر و نیز در آسیب مغزی هم تغییر کنند؛ که می‌تواند تحلیل را پیچیده کند تا بفهمیم خوانشِ سطح‌ها چه معنایی دارد. اما وقتی این دو با هم تحلیل شوند، در ردیابی سیر HD حتی بهتر عمل می‌کنند.

نیلز این کار را گسترش می‌دهد؛ با افزودن HTT، PENK و NfLNfL بیومارکر سلامت مغز به یک تحلیل واحد و به‌کارگیری چندین فناوری پیشرو برای اندازه‌گیری سطح آن‌ها در CSF. او از نمونه‌ها و داده‌های یک مطالعه بزرگ CSF انسانی به نام HDClarity استفاده می‌کند. به نظر می‌رسد فناوری‌های مختلف برای نشانگرهای زیستی مختلف بهتر عمل می‌کنند. با ترکیبی از آمار و فناوری برای اندازه‌گیری سطح پروتئین‌ها، نیلز و همکاران می‌توانند مشخص کنند کدام رویکردها در زمینه‌های مختلف بهترین‌اند و چگونه یکدیگر را تکمیل می‌کنند تا بیشترین تطابق را با دانسته‌های ما درباره تعداد تکرارهای CAG و مرحله HD داشته باشند.

علاوه بر مظنون‌های همیشگی مانند HTT، PENK و NfLNfL بیومارکر سلامت مغز، نیلز پروتئین‌های دیگری را که می‌دانیم در زیست‌شناسی HD نقش دارند بررسی کرده است تا ببیند چقدر با طول CAG و امتیازهای دیگری که به سن و بار بیماری مربوط‌اند هم‌راستا می‌شوند. مطالعاتی از این دست حجم عظیمی از داده تولید می‌کنند که برای یک انسان می‌تواند سخت باشد از میانشان عبور کند. اما حالا ابزارهای جالب هوش مصنوعی داریم که می‌توانند کمک کنند بینش به دست آوریم و روندها را تشخیص دهیم. نیلز از انواع ترفندهای نوین هوش مصنوعی استفاده می‌کند تا همه این داده‌های نشانگر زیستینشانگر زیستی آزمایشی از هر نوع – از جمله آزمایش خون، تست تفکر و اسکن مغز – که می تواند پیشرفت بیماری مانند هانتینگتون را اندازه گیری یا پیش بینی کند. نشانگرهای زیستی ممکن است آزمایش‌های بالینی داروهای جدید را سریع‌تر و قابل اعتمادتر کنند. را بهتر بفهمد.

آیا هوش مصنوعی می‌تواند به حل بیماری هانتینگتون کمک کند؟

در ادامه از استیو فینک‌باینر شنیدیم که درباره همه راه‌های تازه و جالبی صحبت کرد که می‌توانیم با استفاده از ابزارها و پلتفرم‌های هوش مصنوعی، تلاش کنیم به پرسش‌های پژوهشی زیست‌پزشکیِ مرتبط با حوزه HD پاسخ دهیم. استیو فکر می‌کند یکی از دلایلی که توسعه داروهای جدید از طریق کارآزمایی‌های بالینی این‌قدر دشوار است، پیچیدگی زیست‌شناسی انسان است. استیو مدت‌هاست با هوش مصنوعی کار می‌کند—بیش از ۱۳ سال!—و احساس می‌کند AI واقعاً می‌تواند به ما کمک کند به سمت راه‌حل‌هایی برای HD حرکت کنیم.

سال‌ها پیش، استیو و تیمش نوعی میکروسکوپی رباتیک توسعه دادند؛ روشی برای تصویربرداری از سلول‌های منفرد و پایش سلامت آن‌ها در بازه‌های زمانی طولانی در پاسخ به داروها و محرک‌های مختلف. این کار به آن‌ها اجازه می‌دهد تعداد زیادی شرایط و متغیر متفاوت را بررسی کنند.

با استفاده از این سامانه‌ها، گروه او نشان داد که تکرارهای CAG گسترش‌یافته بر سلامت سلول اثر می‌گذارند، در حالی که حذف HTT می‌تواند واقعاً سلامت آن‌ها را بهبود دهد. با استفاده از هوش مصنوعی برای تحلیل این‌که سلول‌ها از نظر شکل، اندازه و پیچیدگی چگونه تغییر می‌کنند، دیدند سلول‌های دارای CAG گسترش‌یافته بزرگ‌تر می‌شوند، در حالی که سلول‌های بدون HTT کوچک‌تر می‌شوند! آن‌ها همچنین می‌توانند داده‌های «اُمیکس» مربوط به مجموعه‌های بزرگ RNAها و پروتئین‌ها را بگیرند و با AI الگوهایی را در تغییرات زمانیِ سلول‌های HD شناسایی کنند—الگوهایی که تشخیصشان برای انسان دشوار است.

استیو توضیح می‌دهد که الگوریتم‌های هوش مصنوعیِ «یادگیری عمیق» (deep learning) شامل لایه‌هایی از واحدهای ریاضی هستند که برای انجام کارکردهای مختلف با هم همکاری می‌کنند. به همین دلیل است که AI می‌تواند به یک تصویر نگاه کند و تشخیص دهد گربه است، گل است، یا شاید یک نویسنده HDBuzz که هات‌داگ می‌خورد. استیو و تیمش با همکاری گوگل توانستند تصاویر سلول‌ها را به یک الگوریتم یادگیری عمیق بدهند تا الگوهایی را در نحوه تغییر سلول‌ها در طول زمان و در شرایط مختلف بیماری شناسایی کند.

HD همیشه از یک ژن واحد ناشی می‌شود، اما بیماری‌هایی مانند ALS می‌توانند علل ژنتیکی متفاوتی داشته باشند یا به‌صورت «اسپورادیک» رخ دهند—بدون علت شناخته‌شده. استیو با استفاده از سلول‌های داخل ظرف کشت که ALS را مدل می‌کنند، شکل‌های مختلف ALS را بررسی کرد تا به دنبال «امضاهایی» متفاوت بگردد که شاید شکل‌های ژنتیکی و اسپورادیک را تعریف کنند. برخلاف چشم انسان، AI می‌تواند تفاوت بین سلول‌های ALS و سلول‌های کنترل را تشخیص دهد، فارغ از این‌که سلول‌ها کدام نوع ALS را مدل کرده‌اند. این نشان می‌دهد یک «امضای» ALS در سلول‌ها وجود دارد—الگویی که انسان به‌سادگی نمی‌توانست به‌تنهایی شناسایی‌اش کند.

آن‌ها با کار کردن به‌صورت معکوس و با ابزارهای AI اضافی، ویژگی‌هایی را شناسایی کردند که نشان می‌داد یک سلول تحت تأثیر ALS قرار گرفته است. به نظر می‌رسید مشکل، نقصی در غشای اطراف هستههسته قسمتی از سلول که حاوی ژنها (DNA) است باشد؛ پوششی که DNA بسیار مهم و ماشین‌آلات هستههسته قسمتی از سلول که حاوی ژنها (DNA) است‌ای را از بقیه سلول جدا نگه می‌دارد.

استیو نمونه‌های دیگری هم نشان می‌دهد از این‌که AI چگونه می‌تواند در آسیب‌شناسی (pathology) مفید باشد—کمک به شناسایی ویژگی‌های بیماری در بافت یا حتی تشخیص بیماری. هوش مصنوعی به‌طرز چشمگیری دقیق بود و اغلب به خوبی یک آسیب‌شناس خبره عمل می‌کرد. این نشان می‌دهد ابزارهای AI می‌توانند برای استخراج اطلاعات بیشتر از بافت انسانی مفید باشند. نمونه دیگری از کاربرد AI در پزشکی، تشخیص ویژگی‌های ظریفِ بیماری‌های متفاوتی است که بسیار شبیه هم به نظر می‌رسند. برای مثال، تمایز «بیماری پارکینسونبیماری پارکینسون یک بیماری زوال عصبی که مانند HD، باعث مشکلات هماهنگی حرکتی می شود. همراه با زوال عقل» از «زوال عقل با اجسام لویی» می‌تواند دشوار باشد، چون ویژگی‌های بسیار مشابهی در بافت دارند. اما ابزارهای AI می‌توانند این کار را انجام دهند!

استیو یک «میکروسکوپِ فکرکننده» را توصیف می‌کند که می‌تواند آزمایش‌ها را در ظرف‌های کشت سلولی با حداقل دخالت انسان اجرا کند. با فعال‌سازی نوری می‌تواند تا سطح سلول‌های منفرد فوکوس کند، سلول‌های مشخصی را تحریک یا درمان کند و سپس با استفاده از AI داده‌ها را در زمان واقعی تحلیل کند و درباره گام‌های بعدی تصمیم بگیرد.

پرسش‌های باز درباره پروتئین HTT

نوبت بعدی به ریچل هاردینگ، دبیر HDBuzz، رسید! او با تشویق دانشمندان حاضر در سالن شروع کرد تا نوشتن برای HDBuzz را در نظر بگیرند. ما همیشه به دنبال پژوهشگران مشتاق HD هستیم تا کمک کنند یافته‌های جدید را به دست خوانندگانمان برسانیم.

ریچل زیست‌شناس ساختاری است و شکل و الگوهای تاخوردگی پروتئین‌ها را مطالعه می‌کند. از او خواسته شده بود مروری ارائه دهد بر پرسش‌های فعلی‌ای که دانشمندان درباره ساختار هانتینگتین و نقش آن در سلول‌ها می‌پرسند، و نیز سامانه‌هایی که تعادل پروتئین‌ها را حفظ می‌کنند. چه پرسش‌هایی باقی مانده است و دانشمندان HD چگونه می‌توانند برای پاسخ دادن به آن‌ها همکاری کنند؟ او یک کارگاه اخیر HDF را مرور کرد که بر ساختار و کارکرد پیچیده پروتئین HTT متمرکز بود. حتی تعریف خودِ پروتئین HTT—با قطعه‌های متعدد و شیوه‌های مختلف تاخوردن و توده‌سازی—پیچیده است.

ریچل درباره برخی از پرسش‌های بزرگ این حوزه صحبت کرد: هانتینگتین چه کاری انجام می‌دهد؟ کدام شکل‌های HTT زیان‌آورند؟ کدام بخش‌ها فعالیت‌های مشخصی را در سلول هماهنگ می‌کنند؟ و مهم‌تر از همه، کدام شکل‌ها یا بخش‌های هانتینگتین را باید با دارو هدف بگیریم؟ ریچل همچنین اشاره کرد که HD بیماری‌ای است که در آن سطح بسیاری از پروتئین‌ها از تعادل خارج می‌شود. گاهی زمینه‌ای که در آن پروتئین HTT را مطالعه می‌کنیم می‌تواند بر نتایج اثر بگذارد و نتایجِ به‌دست‌آمده با رویکردهای مختلف می‌تواند کاملاً در تضاد با هم باشد!

با توجه به این‌که حوزه اخیراً تا این حد بر ناپایداری سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن متمرکز شده است، ریچل علاقه‌مند است بداند وقتی در ژن HD گسترش‌های بسیار بزرگِ 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. رخ می‌دهد، این موضوع واقعاً برای پروتئین HTT چه معنایی دارد. برای مثال، اگر یک سلول با گذشت زمان ۵۰۰ 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. در ژن HD به دست بیاورد، آیا آن سلول واقعاً دارد آن پروتئین «غول‌پیکر» را می‌سازد؟

ریچل همچنین یادآوری می‌کند که شرکت‌های فعال در حوزه HD از زوایای بسیار مختلفی هانتینگتین را هدف می‌گیرند؛ از نظر این‌که این درمان‌های آزمایشی کدام بخش‌ها را هدف می‌گیرند، رویکرد حذف آن چیست، و داروها چگونه رسانده می‌شوند. در حال حاضر، بخش عمده رویکردهای درمانیدرمانی درمان DNA یا RNA را هدف می‌گیرند تا خودِ پروتئین HTT در مقدار بسیار کمتری ساخته شود.

ریچل به‌عنوان یک زیست‌شناس ساختاری، به توسعه راه‌هایی علاقه‌مند است که HTT گسترش‌یافته را در سطح پروتئین هدف بگیرند. برای این منظور، تیم او در حال ساخت «تخریب‌کننده‌ها» و ابزارهایی است که آن را نه با «پتک‌های ژنتیکی»، بلکه با حمله‌های دقیق و تنظیم‌شده بر پایه درک جزئی از شکل و کارکرد HTT هدف می‌گیرند.

پروتئین‌های PolyQ به کنترل شبکه‌های ژنی کمک می‌کنند

سخنران بعدی جوآنا ویسوکا بود که درباره تکرارهای CAG در پروتئین‌های دیگر و این‌که چگونه در طول تکامل شکل گرفته‌اند و باقی مانده‌اند صحبت کرد. این تکرارها در فاکتورهای رونویسیرونویسی اولین مرحله در ساخت پروتئین از دستور ذخیره شده در یک ژن. رونویسی به معنای ساختن یک کپی از ژن به صورت RNA، یک پیام رسان شیمیایی مشابه DNA است. بسیار فراوان‌اند؛ پروتئین‌هایی که کلیدهای روشن/خاموش ژنتیکی را در سلول‌ها هماهنگ می‌کنند.

در ژن‌هایی غیر از HTT، تکرارهای CAG وقتی گسترش می‌یابند می‌توانند به بیماری منجر شوند. یکی از ژن‌هایی که جوآنا برجسته می‌کند FOXP2 است که در کُد معمول DNA خود بیش از ۴۰ 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. دارد. مانند HTT، 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. در FOXP2 نیز یک بخش polyQ را درون پروتئین کُد می‌کند؛ کشیده‌ای از اسیدآمینه‌ای به نام گلوتامینگلوتامین بلوک ساختمانی اسید آمینه ای که در ابتدای پروتئین هانتینگتین جهش یافته بارها تکرار می شود (Q).

در سوی دیگر این مولکول پروتئینی، بخشی ویژه وجود دارد که DNA می‌تواند به آن متصل شود و به پروتئین کمک کند کنترل کند کدام ژن‌ها روشن و خاموش شوند. وقتی دامنه اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNA به‌هم می‌ریزد، پروتئین FOXP2 خوب کار نمی‌کند و توده تشکیل می‌دهد. برخی از ویژگی‌های آن وقتی بخش polyQ بریده می‌شود می‌تواند بازگردد. این موضوع درباره پروتئین‌های دیگری که تنظیم می‌کنند کدام ژن‌ها روشن یا خاموش شوند نیز صادق است.

این‌که این پروتئین‌های دارای polyQ چگونه بین کار کردن در هستههسته قسمتی از سلول که حاوی ژنها (DNA) است و «پاتوق داشتن» در این توده‌هاتوده‌ها توده‌های پروتئینی که داخل سلولها در بیماری هانتیگینتون و بعضی از سایر بیماری‌های دژنراتیو تشکیل میشوند. جابه‌جا می‌شوند، همچنین توسط «تزئینات» شیمیایی روی پروتئین‌ها کنترل می‌شود. افزودن این تزئینات می‌تواند پروتئین‌هایی مانند FOXP2 را از DNA «بیرون کند» و به سمت توده‌هاتوده‌ها توده‌های پروتئینی که داخل سلولها در بیماری هانتیگینتون و بعضی از سایر بیماری‌های دژنراتیو تشکیل میشوند. بفرستد و نحوه کارشان را تغییر دهد.

این ممکن است برای سلول‌ها تلاش زیادی به نظر برسد، اما این سامانه بسیار قابل‌تنظیم برای این ضروری است که ژن‌ها دقیقاً زمانی که لازم است روشن و خاموش شوند. این موضوع به‌ویژه برای جانداران پیچیده‌ای مانند انسان مهم است! این داده‌ها نشان می‌دهد polyQها شاید برای تکامل گونه‌هایی با مغزها و دستگاه‌های عصبی پیچیده—مانند انسان—مهم بوده باشند، اما جوآنا یادآوری می‌کند که این فقط ایده‌ای است که مدتی است مطرح می‌کند—و اثباتش مفهوم دشواری است!

جوآنا مسیر بحث را عوض می‌کند تا بگوید چرا این موضوع برای HD اهمیت دارد. افزودن دامنه‌های اتصالاتصال برش دادن پیام های RNA، برای حذف مناطق غیر کدکننده و اتصال به مناطق کد کننده. به DNA به قطعه‌های HTT با Qهای طولانی می‌تواند جلوی تشکیل توده‌های سمی را بگیرد! با این حال، این اثر نجات‌بخش هرچه طول Q بیشتر می‌شود ضعیف‌تر و ضعیف‌تر می‌شود.

ردیابی توده‌های HTT

آخرین سخنرانی روز از شین ژانگ است که بررسی می‌کند چگونه توده‌سازی پروتئین می‌تواند به سلول‌ها فشار وارد کند—که بسیاری آن را محرک کلیدی HD می‌دانند. دانشمندان راه‌های گوناگونی برای تعریف انواع مختلف توده‌های پروتئینی دارند؛ بر اساس این‌که چگونه به نظر می‌رسند، چگونه در شوینده‌ها حل می‌شوند، در سلول‌ها با چه چیزهایی همراه می‌شوند و چه چیزی اطرافشان را گرفته است. پروتئین‌ها در سلول‌های زنده نسبت به لوله‌های آزمایش رفتار متفاوتی دارند و ابزارهای شیمیایی مختلفی هم وجود دارد که می‌توان از آن‌ها برای درک پروتئین‌های توده‌شده در هر دو محیط استفاده کرد.

شین و تیمش ابزارهای تخصصی‌ای با استفاده از نور و برچسب‌های شیمیایی توسعه می‌دهند تا نوع و شکل توده‌های پروتئینی (aggregates) را بهتر تعریف کنند. برخی از این ابزارها به تیم او اجازه می‌دهد تشکیل توده‌هاتوده‌ها توده‌های پروتئینی که داخل سلولها در بیماری هانتیگینتون و بعضی از سایر بیماری‌های دژنراتیو تشکیل میشوند. را در زمان واقعی و در سلول‌های زنده تماشا کنند تا جایگاه و اندازه آن‌ها را بهتر مشخص کنند.

این آزمایش‌های شیمیاییِ بسیار فنی همچنین می‌توانند به تعریف شکل، چسبندگی، وضعیت شیمیایی و دیگر ویژگی‌های تجمع‌ها کمک کنند. سپس شین می‌تواند با ابزارهایش پایش کند وقتی سلول‌ها تحت استرس قرار می‌گیرند یا وقتی داروهایی برای حل کردن توده‌های پروتئینیِ بیماری‌زا داده می‌شود چه اتفاقی می‌افتد.

این ابزارها می‌تواند برای دانشمندان HD که توده‌سازی HTT را مطالعه می‌کنند مفید باشد تا پروتئین را بررسی کنند و اثر مداخلات را پایش کنند. هرچند جزئیات این کار از درک بسیاری از دانشمندان HD حاضر در سالن (از جمله خود ما!) فراتر است، خوشحالیم که شیمی‌دان‌های باتجربه به HD فکر می‌کنند!

آخرین روز HD2026 فرداست

این هم از همه چیزِ امروزِ HD2026. فردا برای روز پایانی این نشست برمی‌گردیم و به‌روزرسانی‌هایی درباره مرزهای جدید پژوهش HD، بینش‌های بیشتر درباره پروتئین HTT1a و کلی علم جدیدِ جالب دیگر گزارش می‌کنیم که به شکل‌گیری ایده‌های تازه برای داروها و کارآزمایی‌های بالینی آینده کمک می‌کند.

خلاصه نکات برجسته:

• گسترش سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدنِ CAG همچنان یکی از محورهای اصلی پژوهش HD است، با کارهای جدید درباره نقش تعدیل‌کننده‌های ترمیم DNA از جمله MSH3، ATAD5 و FAN1. مطالعات در موش‌ها نشان می‌دهد هدف‌گیری زودترِ MSH3 ممکن است بیشترین اثر را در کند کردن گسترش و تغییرات پایین‌دستیِ مرتبط با HD داشته باشد.
• ژنتیک در حال آشکار کردن محرک‌های اضافی HD فراتر از خودِ گسترش CAG است. تحلیل‌های بزرگ‌مقیاسِ داده‌های Enroll-HD، تغییرات ژنتیکی را به علائم حرکتی، شناختی و روان‌پزشکیِ مشخص پیوند می‌دهد، در حالی که تعدیل‌کننده‌هایی مانند TCERG1 و MED15 به سازوکارهای بیماری فراتر از مسیرهای آشنای ترمیم DNA اشاره می‌کنند.
• نشانگرهای زیستی بهتر می‌توانند به پژوهشگران کمک کنند زودتر تشخیص دهند آیا داروهای آزمایشی اثر می‌کنند یا نه. رویکردهای جدید شامل اندازه‌گیری فعالیت ترمیم DNA به‌عنوان شاخص جانشینِ گسترش سوماتیکسوماتیک مرتبط به بدن و ترکیب چندین نشانگر زیستینشانگر زیستی آزمایشی از هر نوع – از جمله آزمایش خون، تست تفکر و اسکن مغز – که می تواند پیشرفت بیماری مانند هانتینگتون را اندازه گیری یا پیش بینی کند. نشانگرهای زیستی ممکن است آزمایش‌های بالینی داروهای جدید را سریع‌تر و قابل اعتمادتر کنند. CSF—مانند HTT، PENK و NfLNfL بیومارکر سلامت مغز—برای ساخت تصویری کامل‌تر از پیشرفت بیماری و اثرات درمان است.
• هوش مصنوعی به ابزاری هرچه قدرتمندتر برای معنا دادن به زیست‌شناسی پیچیده HD تبدیل می‌شود. پژوهشگران از AI برای تحلیل مجموعه‌داده‌های عظیم نشانگرهای زیستی، شناسایی امضاهای ظریف بیماری در سلول‌ها و بافت‌ها، و حتی توسعه «میکروسکوپ‌های فکرکننده» استفاده می‌کنند که می‌توانند آزمایش‌ها را تحلیل کنند و در زمان واقعی کاری را که انجام می‌دهند تطبیق دهند.
• هنوز پرسش‌های بنیادی درباره پروتئین هانتینگتینپروتئین هانتینگتین پروتئین تولید شده توسط ژن هانتینگتون باقی است و راه‌های تازه‌ای برای پرداختن به آن‌ها در حال شکل‌گیری است. پژوهشگران تلاش می‌کنند بفهمند کدام شکل‌های HTT زیان‌آورند و باید از نظر درمانیدرمانی درمان هدف قرار گیرند، در حالی که ابزارهای شیمیایی جدیدی در حال توسعه است تا HTT را با دقت تخریب کند و ردیابی کند پروتئین‌های polyQ گسترش‌یافته چگونه در سلول‌ها شکل می‌گیرند و رفتار می‌کنند.