Konferencja Terapeutyczna Choroby Huntingtona 2026 – Dzień 2

Pozdrowienia z Dnia 2 Konferencji Terapeutycznej HD CHDI! HDBuzz kontynuuje dostarczanie podsumowań ekscytujących wystąpień naukowców zajmujących się HD, którzy zebrali się w Palm Springs z całego świata. Sesje tego dnia skupiły się na badaniach mających na celu zrozumienie, co napędza chorobę Huntingtona (HD), wykorzystując nowe narzędzia i technologie do eksploracji szczegółowych zmian molekularnych zachodzących w przebiegu HD. Prelegenci omówili nowe sposoby analizowania dużych zbiorów danych oraz metodologie pozwalające głębiej zagłębić się w genetykę i biologię.

Rozwikłanie biologii HD

Nat Heintz – jak epigenetyka kontroluje genetyczne przełączniki włączania/wyłączania i ekspansję somatyczną

Jako pierwszy wystąpił Nat Heintz z Uniwersytetu Rockefellera w Nowym Jorku. Jego zespół badawczy skupia się na zrozumieniu szczegółów ekspansji somatycznej, procesu, w którym liczba CAG w genie HTT wydłuża się w niektórych typach komórek wraz z wiekiem osób z HD.

Zespół Nata bada mózgi osób, które zmarły z powodu HD. Wcześniej jego zespół przedstawił dane pokazujące ekspansje somatyczne specyficznie w komórkach, które chorują. Co ciekawe, widzą również ekspansje w innych komórkach, które pozostają stosunkowo zdrowe.

To zagadkowe, ponieważ sugeruje, że ekspansja somatyczna może nie być głównym powodem, dla którego komórki chorują w HD. Biologia jest skomplikowana, więc nasze proste modele działania nie zawsze sprawdzają się, gdy zagłębiamy się w dane od prawdziwych osób z HD.

Teraz jego zespół bada, jak epigenetyka może wpływać na ekspansję somatyczną. Epigenetyka jest trochę jak sterownia dla naszego materiału genetycznego, pomagając wpływać na to, które geny są włączane i wyłączane, w których komórkach, w jakich momentach oraz w różnych warunkach lub stresach.

Jedną z obserwacji, którą poczynili, jest to, że maszyneria naprawy DNA, MutS​​​​​​Beta(β), o której słyszeliśmy po południu Dnia 1, wydaje się występować na wyższych poziomach w typach komórek, które mają więcej ekspansji somatycznej, niezależnie od tego, czy komórki umierają z powodu HD, czy nie.

Zespół Nata bada teraz inne geny, których przełączniki włączania-wyłączania zmieniają się przy różnych poziomach ekspansji somatycznej. Może to pomóc zidentyfikować geny napędzające ekspansję somatyczną i wyjaśnić, dlaczego niektóre komórki chorują, podczas gdy inne radzą sobie lepiej.

Epigenetyczna kontrola tego, które geny są włączone lub wyłączone, może następować poprzez chemiczne modyfikacje samego DNA. Te modyfikacje mogą również występować na histonach, białkach, które działają jak szpulki do szycia, owijając nasze DNA w jądrze komórkowym, aby było bezpieczne i zwarte. Zespół Nata mapuje te chemiczne modyfikacje w różnych układach HD.

Zrozumienie, jak te geny są włączane lub wyłączane, może dać nam wskazówki, jak celowo je kontrolować. Nadzieja polega na tym, że moglibyśmy wyłączyć geny powodujące szkodliwą ekspansję somatyczną lub włączyć geny, które jej zapobiegają.

Kolejnym kluczowym punktem zainteresowania zespołu Nata jest zrozumienie, dlaczego rozszerzone białko HTT jest toksyczne w niektórych częściach mózgu, ale nie tak bardzo dla innych tkanek czy narządów. Osoba nosząca gen HD będzie wytwarzać rozszerzone HTT w każdej komórce swojego ciała przez całe życie, więc dlaczego wpływa to tak bardzo na mózg i zazwyczaj dopiero w późniejszym życiu?

Okazuje się, że niektóre przełączniki włączające i wyłączające geny są same kontrolowane inaczej w komórkach zawierających rozszerzony gen HTT. Zespół uważa, że jest to spowodowane różnymi chemicznymi modyfikacjami DNA, które zaobserwowali.

Istnieją różne fajne analizy komputerowe, które mogą naprawdę zagłębić się w te super bogate zbiory danych, aby dostarczyć nowych informacji o tych czynnikach napędzających HD. Nat podkreśla pracę z laboratorium Cristea w Princeton pokazującą, że samo HTT przebywa z białkami, które mogą wpływać na procesy regulujące poziomy genów.

Jednym z czynników napędzających ten proces jest MED15, białko kodowane przez gen, o którym wcześniej wykazano, że wpływa na czas pojawienia się objawów HD. Jednocześnie zmiany w chemicznych modyfikacjach DNA wydają się mieć duży wpływ.

Ponieważ widzi zmiany w chemicznych modyfikacjach DNA w określonych komórkach, zwłaszcza tych najbardziej wrażliwych, Nat proponuje te pomysły jako nowy model tego, jak HD może być napędzane.

Te szczegółowe molekularne informacje o tym, co może napędzać HD u ludzi, są możliwe tylko dzięki hojnym i bezinteresownym darowiznom mózgów od osób, które zmarły. Są to bezcenne zasoby dla badaczy, takich jak Nat, aby naprawdę rozwikłać dokładnie, jak HD może działać.

Steve McCarroll – tykający zegar DNA

Następny jest Steve McCarroll z Harvard Medical School. Zespół Steve’a jest również zainteresowany zrozumieniem ekspansji somatycznej w ludzkiej tkance mózgowej z HD. Starają się odkryć „wyzwalacz”, który mógłby prowadzić do kaskady szkodliwych zdarzeń następczych, ostatecznie powodujących utratę neuronów.

Steve wyjaśnia, jak przyjrzeli się długości CAG w pojedynczych komórkach z mózgów dawców i odkryli, że zmiany w tym, które geny są włączane lub wyłączane, stają się ekstremalne, gdy CAG rozszerzają się poza określoną długość.

Steve wcześniej zaproponował próg 150 powtórzeń CAG, po przekroczeniu którego w komórkach mózgowych z HD wszystko zaczyna się psuć i przestaje dobrze funkcjonować. Nazywają to modelem „tykającego zegara DNA”, który był dość kontrowersyjny, gdy po raz pierwszy został przedstawiony na tym spotkaniu 3 lata temu!

Proponowanie kontrowersyjnych pomysłów czy modeli jest w rzeczywistości ważną częścią procesu naukowego i mamy szczęście, że super mądrzy ludzie o różnych opiniach pracują nad rozwiązywaniem wyzwań badawczych HD. Naukowcy uwielbiają dyskusję i spory – tak dochodzimy do konsensusu!

W tym modelu zespół Steve’a definiuje różne fazy HD, które ich zdaniem najlepiej wyjaśniają dane i obserwacje poczynione podczas badania mózgów HD. Uważają, że ekspansje zaczynają się powoli na początku i szybko przyspieszają w miarę dodawania kolejnych powtórzeń CAG.

Te modele i harmonogramy mogą pomóc naukowcom mapować teorie dotyczące progresji HD. Może to pomóc w podejmowaniu przyszłych decyzji klinicznych dotyczących tego, które interwencje mogą działać najlepiej w którym momencie.

Chociaż prążkowie (w centrum mózgu) to region najbardziej dotknięty w HD, dotknięty jest również inny region zwany korą (zewnętrzna pomarszczona część). Zespół Steve’a pyta, czy ekspansja somatyczna ma takie same skutki w różnych obszarach mózgu.

Zespół Steve’a zagłębia się na szczegółowym poziomie, zadając pytania nie tylko o lokalizację, ale także dokładnie o to, które typy komórek są dotknięte – zebrali TAK DUŻO DANYCH! Widzi, że różne komórki wydają się mieć bardzo różne podróże przez HD i mają różne stopnie ekspansji somatycznej.

Ich model zbudowany na wszystkich tych danych sugeruje, że neurony najpierw doświadczają bardzo powolnej ekspansji, po której następuje przyspieszenie, a następnie zaczynają się problemy dla tych neuronów. Po wejściu w tę toksyczną fazę ekspansja somatyczna może następnie hiperprzyspieszyć.

Na tym etapie komórki stają się bardzo chore, ponieważ geny, które powinny być aktywne, są wyłączone, a te, które powinny być wyłączone, są aktywne. To powoduje, że komórki tracą swoją „tożsamość” – geny, które czynią je unikalnym typem komórki. Kiedy dochodzi do tych masowych zmian, komórki nie są w stanie przetrwać.

Istnieją jednak pewne problemy z tym modelem. Jednym z nich jest to, że osoby z rzadką formą genu HTT, gdzie kod literowy DNA nie ma przerwy w powtórzeniu, mają początek objawów do 10 lat wcześniej niż można by przewidzieć.

Choć rzadkie, drobne zmiany w kodzie genetycznym w obrębie genu HTT mogą wpływać na to, czy dana osoba wykazuje większą lub mniejszą ekspansję somatyczną.

Zespół Steve’a zastanawiał się, czy być może toksyczność może wystąpić wcześniej u osób z tym typem genu HTT. Lub być może przełączniki genów są inaczej włączane lub wyłączane, albo może ekspansja somatyczna nie podąża tą samą ścieżką. Ale nie mogli znaleźć wiele, co miałoby sens w danych.

Ogromna ilość danych pozwala im kontynuować inne odkrycia i pytania, takie jak to, jak powtórzenie CAG łączy się z innymi odcinkami DNA w obrębie genu HTT. Te typy dużych zbiorów danych od osób, które miały HD, są bezcenne dla generowania pomysłów, które przybliżają nas do terapii.

Bogdan Bintu – potężna mikroskopia do wizualizacji genetycznych przełączników włączania-wyłączania

Ostatnie wystąpienie przedpołudniowe należało do Bogdana Bintu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Bogdan zaczął od powiedzenia publiczności, jak bardzo kocha budowanie mikroskopów!

Jego mikroskopy pozwalają naukowcom zobaczyć dokładnie, które geny są włączone w określonych komórkach, obserwując przekroje mózgu. Nazywa się to transkryptomiką przestrzenną, wymyślnym terminem na tworzenie wizualnej mapy transkryptomu (całej zawartości genów, które są przekształcane w cząsteczki RNA).

Przez większość czasu dane o mózgu pochodzą z komórek, które zostały rozbite i oddzielone od struktur tkankowych, które tworzą. Bogdan może zamiast tego zachować struktury mózgu i zobaczyć dokładnie, gdzie wszystko się dzieje w różnych warstwach, zbierając znacznie bogatsze zbiory danych z większą ilością informacji i szczegółów.

Używając niestandardowych mikroskopów, które buduje, Bogdan może badać, jak białko HTT tworzy toksyczne skupiska w mózgu i nakładać to na szczegóły dotyczące ekspansji somatycznej i tego, które geny są włączane i wyłączane, wszystko nałożone na szczegółową mapę.

Zespół Bogdana może wykorzystać te informacje, żeby dowiedzieć się, które komórki są tracone w mózgu HD w porównaniu z mózgami podarowanymi przez osoby bez HD. Bogdan i jego zespół mogą wykorzystać swoją platformę, żeby naprawdę zagłębić się w dokładnie to, które typy komórek i warstwy mózgu są najbardziej dotknięte – bardzo fajnie!

Następnie spróbowali ustalić, dlaczego niektóre komórki są dotknięte, podczas gdy inne nie. Czy może to mieć związek z poziomami samego genu HTT? Chociaż miałoby to doskonały sens, biologia rzadko jest taka prosta. Chore komórki nie korelowały ani z poziomami huntingtyny, ani z ilością toksycznych skupisk białka HTT.

Zespół Bogdana wymyślił sposób na przybliżenie liczby CAG genu HTT w pojedynczych komórkach i zmapowanie tego z powrotem do lokalizacji każdej komórki w mózgu – wow! Pozwala im to dopasować ekspansję somatyczną w pojedynczych komórkach, śledząc, które komórki się rozszerzają i dokładnie gdzie znajdują się w mózgu.

Odkryli, że większe ekspansje CAG znajdują się w najchorszych komórkach mózgowych HD. Te duże ekspansje również korelowały z większą ilością skupisk białka HTT w komórkach. Wbrew temu jednak komórki z najbardziej ekstremalnymi ekspansjami wydawały się mieć zmniejszone poziomy skupisk. Choć trochę zagmatwane, wydaje się to wskazywać na kluczową rolę ekspansji CAG w zdrowiu komórek mózgowych.

Bogdan jest również zainteresowany tym, jak manipulowanie maszynerią naprawy DNA może pomóc lub zaszkodzić komórkom mózgowym w HD. Wiele firm stara się celować w naprawę DNA, więc wcześniejsze ustalenie, jak może to wpłynąć na mózg za pomocą szczegółowego podejścia mikroskopowego, byłoby bardzo pomocne.

Carlos Sune – regulacja genów za pomocą TCERG1

Laboratorium Carlosa Sune znajduje się w Hiszpańskim Narodowym Centrum Badawczym. Bada genetyczne modyfikatory HD – zmiany liter genetycznych w genomie, które mogą wpływać na to, kiedy pojawiają się oznaki i objawy HD.

Jednym z tych modyfikatorów jest TCERG1. To białko składa się z wielu różnych modułów, które pozwalają mu wykonywać swoją pracę w komórce – pomagając włączać i wyłączać odpowiednie geny oraz przetwarzać cząsteczki komunikatów genetycznych.

Dziedzina HD zna TCERG1 i jego rolę w HD od dawna, z badaniami opublikowanymi 25 lat temu pokazującymi związek. Ostatnio dane z badań asocjacyjnych całego genomu (GWAS) ugruntowały ten związek. Badania GWAS analizują informacje genetyczne od tysięcy osób z HD.

Co intrygujące, sam gen TCERG1 ma odcinek powtórzeń, a dłuższe powtórzenia są związane z wcześniejszym początkiem objawów w HD. Ciekawy zbieg okoliczności czy czynnik napędzający związek między HTT a TCERG1? Carlos chce się dowiedzieć!

TCERG1 można zlokalizować w jądrze, gdzie zorganizowany jest cały materiał genetyczny w komórce. W rzeczywistości można go znaleźć w jednej z „płynnych” struktur (czyli rozdzielonych fazowo), o których mówiliśmy wczoraj.

W tej płynnej mieszaninie TCERG1 współpracuje z innymi maszynami molekularnymi w komórce, żeby włączyć określone geny i poprawnie je przetworzyć. Carlos bada, jak te różne zadania są wykonywane w komórce i koordynowane przez TCERG1.

TCERG1 jest szczególnie ważny dla regulacji genów o głównych rolach w neuronach, pomagając organizować ich kształt i struktury, które pozwalają im tworzyć połączenia z innymi neuronami.

Carlos mapuje również dokładnie, w jakim typie płynnych struktur znajduje się TCERG1. Ma to znaczenie, ponieważ różne płynne przedziały wykonują różne zadania w komórce. Mapują również, z którymi molekularnymi przyjaciółmi przebywa TCERG1 i wizualizują struktury, w których się gromadzą.

Przybliżanie się do regulatorów genetycznych, takich jak TCERG1, to sposób na lepsze zrozumienie rozległych zmian związanych z HD w komórkach, potencjalnie otwierając nowe ścieżki terapeutyczne do naprawy lub odwrócenia szkodliwych stanów chorobowych.

Gene Yeo – komunikaty genetyczne w starzeniu się i chorobie

Następnie usłyszymy od Gene’a Yeo (idealnie nazwany do tej kariery) z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Gene bada, jak cząsteczki komunikatów genetycznych, zwane RNA, są regulowane inaczej w neuronach w miarę ich starzenia się.

Gene Yeo używa generowania obrazów AI, żeby zilustrować zestresowane mitochondria. (Mówił również o związku między starzeniem się a chorobą mózgu).

Gene wyjaśnia, że RNA nigdy nie jest „nagie” w komórce. Zawsze jest „ubrane” w inne cząsteczki, takie jak białka wiążące RNA. Geny kodujące białka wiążące RNA stanowią jedną piątą genomu, więc prawdopodobnie są dość ważne.

W wielu chorobach mózgu interakcja między RNA a jego białkami wiążącymi wychodzi z równowagi. Niektóre nierównowagi pojawiają się bardzo wcześnie w życiu lub przy urodzeniu, ale objawy nie zawsze pojawiają się aż do znacznie później. Gene chce wiedzieć dlaczego – bada, jak starzenie się i neurodegeneracja wchodzą w interakcję.

Określenie „wieku” komórek hodowanych w laboratoriach jest złożoną kwestią. Jeśli komórki mózgowe są tworzone z komórek macierzystych, pozostają „młode”. Aby zachować wiek komórek mózgowych, naukowcy mogą tworzyć neurony bezpośrednio z próbek komórek skóry.

Jest to proces zwany „bezpośrednią różnicowaniem” – komórki skóry są przekształcane bezpośrednio w komórki mózgowe, zamiast najpierw nakłaniać je do stania się komórkami macierzystymi, a następnie ponownie zmieniać je w komórki mózgowe. Metody te wykorzystują wiele sztuczek, które naukowcy opracowali, aby zmieniać komórki w różne typy – bardzo fajne!

Gene chciał zapytać, jakie są różnice w „ubraniu” RNA komórek, które są hodowane i starzone przy użyciu różnych podejść. Na przykład, w młodych neuronach białko wiążące RNA zwane TDP-43 (obserwowane w ALS) znajduje się w jądrze wraz z całym materiałem genetycznym, podczas gdy w starych komórkach trafia do innej części komórki.

Gene odkrywa, że starsze neurony wydają się być pod chronicznym stresem. Tworzą płynne struktury zwane granulami stresowymi i zawierają więcej lepkich białek wiążących RNA. Trudniej jest również starszym komórkom wytwarzać białka z cząsteczek komunikatów RNA.

Inną obserwacją w starszych neuronach, a także w starzejącym się ludzkim mózgu, jest to, że RNA częściej składa się z powrotem na siebie, tworząc struktury „podwójnej nici”, co jest bardziej typowe dla DNA, gdzie 2 nici łączą się i tworzą strukturę helikalną. RNA zazwyczaj występuje w postaci pojedynczej nici.

Dwuniciowe RNA wydaje się wyciekać z mitochondriów, baterii komórki produkujących energię, a następnie wiąże się z białkami w granulach stresowych. Nieprawidłowa lokalizacja tych cząsteczek nie jest dobrym znakiem.

Laboratorium Gene’a używa fajnych narzędzi, które pozwalają im zrozumieć, jakie białka wiążą komunikat RNA HTT, w bardzo określonych lokalizacjach w komórce. Uważa, że rozszerzone RNA huntingtyny działa w celu reorganizacji swojego otoczenia – wciągając dodatkowe białka i robiąc bałagan!

Jan Fassler – drożdże, polyQ i Med15

Następna była Jan Fassler z Uniwersytetu Iowa. Bada drożdże, żeby zrozumieć kompleks zwany Mediatorem. Ta maszyna molekularna pomaga kontrolować, które geny są włączane i wyłączane. Kluczowym komponentem jest Med15, który ma odcinek polyQ (powstający z powtórzeń CAG) tak jak HTT. W przeciwieństwie do HTT nie wiadomo, jaki wpływ ma długość polyQ Med15. Intrygujące!!

Jak omówiliśmy wcześniej, Med15 został zidentyfikowany w GWAS, który pomógł zidentyfikować genetyczne modyfikatory tego, kiedy mogą rozpocząć się objawy HD. Jan jest zainteresowana, czy kompleks Mediator zawierający Med15 może być ważny w biologii HD.

Jednym z pomysłów Jan jest to, że rozszerzone HTT może wchodzić w interakcję z Med15 i wyciągać go z jądra komórkowego, siając spustoszenie w jego zdolności do włączania i wyłączania genów. Inna teoria mówi, że rozszerzone HTT może zakłócić lokalizację Med15 i wysłać go do różnych płynnych przedziałów komórki.

Używając drożdży jako systemu modelowego, Jan pyta, jak różne długości polyQ białka Med15 i ich interakcje z kompleksem Mediator mogą wpływać na poziomy innych aktywnych genów.

Ludzkie i drożdżowe białka Med15 różnią się, ale drożdże są dobrym modelem do badania czynników transkrypcyjnych – białek kontrolujących włączanie i wyłączanie genów – ponieważ mają ich mniej niż ssaki.

W drożdżach Med15 kontroluje co najmniej 15% wszystkich genów. Wyeliminowanie Med15 w drożdżach sprawia, że rosną bardzo słabo w wielu różnych warunkach.

Jan pokazała nam wszystkie różne moduły podobne do klocków Lego, które składają się na białko Med15 w drożdżach i u ludzi. Jednym z podobieństw jest to, że oba zawierają długą sekcję polyQ (tak jak HTT) i mają tendencję do raczej wiotkich, nieustrukturyzowanych kształtów.

Jej laboratorium jest również zainteresowane zrozumieniem, jak różne rodzaje drożdży (z wina, chleba, sake, piwa itp.) różnią się polyQ ich Med15 i co to może oznaczać. Wydaje się, że dłuższy polyQ w Med15 zwiększa odpowiedź stresową drożdży, ale wycięcie Med15 jest jeszcze bardziej stresujące.

Przyjrzeli się również długości polyQ w wielu innych czynnikach transkrypcyjnych i temu, jak każdy wpływa na zmiany zachodzące, gdy drożdże są pod stresem. Wydaje się, że różnice w długościach polyQ są sposobem natury na dostrajanie życia w różnych środowiskach.

Co ciekawe, różne udomowione szczepy drożdży – te, które ludzie kuratorują od tysięcy lat, żeby robić alkohol i chleb – mają różne długości polyQ. Zabawna obserwacja!

Warunki produkcji wina są stresujące dla drożdży – nie lubią być otoczone alkoholem i innymi chemikaliami w tym procesie. Laboratorium wykorzystuje ten system do badania, jak MED15 wpływa na proces fermentacji.

Przeprowadzili różne sprytne eksperymenty, żeby pokazać, że pewne formy drożdżowego MED15 z określonymi długościami polyQ są potrzebne do wydajnej fermentacji i że zmiana długości polyQ może poprawić fermentację w innych szczepach.

Mogą przeprowadzać analizy RNA, żeby pokazać, które szlaki są dotknięte przez długość polyQ Med15, oraz testy w probówkach, żeby zrozumieć, jak Med15 wchodzi w interakcję z innymi czynnikami transkrypcyjnymi i jak oddziela się w płynne fazy w komórce.

Chociaż ta praca może wydawać się bardzo pośrednio związana z HD, Med15 może odgrywać rolę genetycznego modyfikatora wieku wystąpienia HD, a jego trakt Q wpływa na poziomy genów naprawy DNA drożdży. Jest to również interesująca demonstracja w prostym systemie biologicznego znaczenia długości poliQ.

Popołudnie drugiego dnia poświęcono sesji plakatowej, podczas której ponad 100 naukowców zaprezentowało jeszcze więcej prac nad HD. Bądźcie na bieżąco z Dniem 3!