Celulele stem editate cu CRISPR dezvăluie cauzele ascunse ale autismului

Un studiu publicat recent în Cell Genomics de o echipă internațională coordonată de cercetători japonezi a reușit să creeze cea mai cuprinzătoare platformă biologică pentru studierea autismului (TSA) bazată pe modele murine cu variații ale numărului de copii (VNC) ale cromozomilor, identificate la pacienții umani. Aceste modele au fost generate prin editare genetică CRISPR-Cas9 și oferă o perspectivă fără precedent asupra mecanismelor de vulnerabilitate specifică la nivel de celule neuronale, în special privind dereglările în traducerea proteinelor, cu implicații majore pentru înțelegerea patogenezei autismului.

autismul este o tulburare neurodezvoltată cu o componentă genetică puternică, asociată adesea cu dizabilități intelectuale și alte tulburări psihiatrice. Deși au fost identificate sute de mutații genetice asociate, în special VNC, puține studii au reușit să cartografieze modul în care acestea afectează funcția celulară într-un mod comparabil între modele.

Pentru a răspunde acestei nevoi, autorii au creat un banc de celule stem embrionare murine (mESC) conținând 63 de linii celulare cu deleții sau duplicări în regiunile cromozomiale asociate cu TSA, acoperind 58 de regiuni genetice umane. 12 dintre acestea au fost diferențiate în neuroni și analizate în profunzime.

Despre studiu

Folosind o metodă de inginerie cromozomială de generație următoare, bazată pe CRISPR-Cas9 și recombinare omologă dirijată, cercetătorii au generat linii mESC cu VNC validate prin PCR, aCGH, Southern blot și ddPCR. Printre VNC investigate se numără regiuni frecvent implicate în TSA și alte tulburări psihiatrice: 1q21.1, 2p16.3 (NRXN1), 3q29, 15q13.3, 16p11.2, 22q11.21 etc.

Un model de șoarece cu deleție 15q13.3 (care include genele CHRNA7 și OTUD7A) a fost validat comportamental: animalele prezentau deficite sociale, hiperreactivitate la zgomot și creștere ponderală accelerată, fenotipuri similare cu cele observate la pacienți.

Cele 12 linii celulare selectate au fost diferențiate în neuroni și analizate morfologic, fiziologic și transcriptomic, inclusiv prin secuvențiere ARN la nivel de celulă unică (scRNA-seq), care a permis identificarea a 17 tipuri celulare, dintre care cele mai relevante au fost neuronii glutamatergici de strat cortical superior (CUX2+), neuronii GABAergici (GAD1+), celulele progenitoare neurale și microglia.

Rezultate principale

1. Dereglări moleculare comune în TSA

Analiza combinată a celor 12 linii a arătat o convergență a genelor dereglate în:

procese legate de transcriere, traducere și sinapse;
căi de semnalizare implicând mitocondriile, mTOR, fosforilarea oxidativă, ubiquitinarea;
implicarea unor factori de reglare amonte comuni în TSA, precum FMR1 și CTNNB1 (β-catenina).

2. Disfuncții celulare specifice neuronilor

Neuronii glutamatergici de strat cortical superior au prezentat cea mai mare suprapunere cu gene de risc pentru TSA.
Neuronii GABAergici Sst+Npy+ (Martinotti-like) au arătat o expresie redusă a mTOR, o dereglare tipică pentru TSA.
Genele implicate în sinapsa glutamatergică (complexul de densitate postsinaptică – PSD) au fost puternic afectate (ex: în 1q21.1: 32% din genele PSD modificate).

3. Dereglări ale traducerii proteice ca mecanism central

Studiul a identificat modificări coerente ale expresiei genelor implicate în etapele traducerii:

Eif4e (inițiator al traducerii): crescut în toate VNC;
Eif4ebp2 (inhibitor al traducerii): scăzut;
Upf3b, regulator al terminării traducerii și al calității ARN (NMD): scăzut doar în neuronii glutamatergici și GABAergici;
Alte gene traductive afectate: Rpl10, mLST8, mTOR.

Aceste modificări sugerează o creștere globală a traducerii proteinelor, însoțită de pierdere a controlului calității ARN-ului, mecanism care poate genera proteine aberante ce afectează rețelele neuronale.

4. Validare comportamentală în modele murine

Șoarecii 15q13.3(+/−) au recapitulat trăsături cheie ale autismului uman.
Alte modele (2p16.3, 3q29) au arătat tulburări de procesare auditivă și sociale similare.
Analiza comparativă a VNC a sugerat că afectarea sistemului auditiv ar putea fi un simptom comun al TSA.

5. Diferențieri celulare și potențial aplicativ

Modelele mESC pot fi diferențiate în organoide 3D sau utilizate în transplanturi.
Platforma permite testarea țintită a medicamentelor, urmărirea impactului asupra tipurilor celulare specifice și explorarea patologiilor în contexte de organogeneză.

Concluzii

Acest studiu oferă o platformă standardizată pentru cercetarea autismului, validată genetic, comportamental și transcriptomic. Cele mai importante concluzii includ:

Traducerea proteică, în special prin calea mTOR și controlul NMD (Upf3b), este profund dereglată în neuronii afectați de VNC asociate TSA.
Disfuncțiile apar predominant în neuronii glutamatergici de strat cortical superior și GABAergici inhibitori, indicând o perturbare a echilibrului excitator/inhibitor.
Identificarea unor factori comuni de reglare, precum FMR1 și β-catenina, sugerează puncte de intervenție terapeutică.
Modelele murine derivate din aceste linii validează relevanța clinică a VNC și oferă oportunități pentru studii funcționale în vivo.

Implicații viitoare

Descoperirile pot ghida dezvoltarea de tratamente țintite, cum ar fi terapii care modulează mTOR sau stabilizează expresia Upf3b, și subliniază importanța menținerii unui control localizat și calitativ al traducerii în neuroni. Platforma este disponibilă public și poate fi folosită pentru extinderea cercetărilor la organoide cerebrale, transplanturi și screening farmacologic de precizie.

Data actualizare: 16-06-2025 | creare: 16-06-2025 | Vizite: 156

Bibliografie

Jun Nomura, Amila Zuko, Keiko Kishimoto, Hiroaki Mutsumine, Hiroko Maegawa, Kazumi Fukatsu, Yoshiko Nomura, Xiaoxi Liu, Nobuhiro Nakai, Chika Maeda, Yuriko Kusakari, Takashi Arai, Ikue Shibasaki, Ayaka Homma, Kaori Yanaka, Keigo Matsuno, Emilia Bergoglio, Yuki Sakai, Qalam Eusuf, Mizuki Seki, Roberta T. Fresia, Sawako Furukawa, Kana Yamamoto, Piero Carninci, Shigehiro Kuraku, Takashi Yamamoto, Eiki Takahashi, Tsukasa Kouno, Jay W. Shin, Toru Takumi. ESC models of autism with copy-number variations reveal cell-type-specific translational vulnerability. Cell Genomics, 2025; 5 (6): 100877 DOI: 10.1016/j.xgen.2025.100877

Image by freepik on Freepik

Copyright ROmedic: Articolul se află sub protecția drepturilor de autor. Reproducerea, chiar și parțială, este interzisă!

Alte articole din aceeași secțiune:

CRISPR-Cas: provocări în editarea genetică

Tehnologia CRISPR-Cas a revoluționat domeniul biologiei moleculare, permițând cercetătorilor să modifice ...

Un nou studiu facilitează medicina personalizată în funcție de genomul individului

O enzimă utilizată pentru amplificarea reacției în lanț a polimerazei, tehnologia de multiplicare a substanțe...

O genă a longevității protejează celulele stem neurale împotriva stresului

Studiile realizate asupra oamenilor care trăiesc peste 100 de ani au arătat că mulți au o versiune neobișnuit�...

Terapia genică încetinește simptomele și prelungește durata de viață la modelele animale cu boala Batten
Screening-ul genomic pentru nou-născuți: un pas revoluționar în prevenirea bolilor genetice severe
Oprirea îmbătrânirii este imposibilă din punct de vedere matematic
Fibroza hepatică ar putea fi oprită prin intermediul unor factori de transcripție

Din Biblioteca medicală vă mai recomandăm:

Autismul

Din Ghidul de sănătate v-ar putea interesa și:

Telemedicina ar putea oferi soluții utile pentru copiii cu autism și familiile acestora

Părinții care au copii cu autism ar putea beneficia în viitor de terapie prin intermediul serviciilor de telemed...

Copiii cu autism înalt funcțional scriu de mână într-un mod unic

Potrivit unui nou studiu desfășurat de Universitatea din Haifa, copiii cu tulburări din spectrul autism înalt f...

Expunerea prenatală la paracetamol ar putea crește riscul copilului pentru ADHD și autism

Un studiu recent publicat în International Journal of Epidemiology a remarcat o asociere puternică între utiliza...

Provocarea de a fi părintele unui copil cu tulburare din spectrul autist

Suplimentele și dietele speciale la copiii cu tulburări din spectrul autist. Ce spun studiile?

Diagnosticarea autismului cu ajutorul unei iluzii optice și analiza pupilei

Forumul ROmedic - întrebări și răspunsuri medicale:

Pe forum găsiți peste 500.000 de întrebări și răspunsuri despre boli sau alte subiecte medicale. Aveți o întrebare? Primiți răspunsuri gratuite de la medici.

intră pe forum