Otizm, birçok faktörün ortaya çıkmasına katkıda bulunan karmaşık bir nörogelişimsel bozukluktur. Araştırmacılar, bozukluğu incelemek için genellikle BTBR/J gibi fare modellerini kullanırlar. Son zamanlarda, uluslararası bir araştırma işbirliği, BTBR/J ve BTBR/R farelerini kullanarak otizm başlangıcında önemli keşifler yaptı. Endojen retrovirüs aktivasyonunun bir fetüsün otizme duyarlılığını artırdığını ve BTBR/R farelerinin öğrenme yeteneğinde azalma olmadan otistik benzeri davranışlar sergilediğini ve bu da onları daha doğru bir otizm modeli haline getirdiğini buldular. Bu bulgular, otizmin daha iyi sınıflandırılmasına ve nörogelişimsel bozukluklar için yeni tedavi stratejilerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir.
Otizm yaygın bir nörogelişimsel bozukluk olsa da, başlamasının ardındaki birçok faktör hâlâ tam olarak anlaşılamamıştır. İdiyopatik otizmin hayvan modelleri,[1] özellikle fareler, araştırmacıların bozukluğun ardındaki karmaşık mekanizmaları anlamalarına yardımcı olmak için sıklıkla kullanılır ve BTBR/J dünyada en yaygın kullanılan fare modelidir.
Şimdi, bir uluslararası araştırma işbirliği, fare modellerinde otizm başlangıcı ile ilgili yeni keşifler yaptı. Araştırmacılar arasında Kobe Üniversitesi’nden Profesör Toru Takumi ve Araştırmacı Chia-wen Lin ve diğerleri yer almaktadır.
Şekil 1. a. Aşağıdaki farelerin beyin yapısı karşılaştırmaları: Sol: BTBR/R ve B6 (normal fare), Merkez: BTBR/J ve B6’nın karşılaştırması, Sağ: BTBR/J ve BTBR/R. B. Sinir liflerindeki farklılıkları karşılaştırmak için difüzyon tensör görüntüleme. Kırmızı, BTBR/J farelerinde B6 (sol ve orta görüntüler) veya BTBR/R (sağ görüntü) ile karşılaştırıldığında daha büyük olan veya daha fazla sayıda sinir lifine sahip olan beyin bölgelerini gösterir. Tersine, mavi, BTBR/J farelerinde nispeten daha küçük olan veya sinir liflerinin sayısı azalmış olan beyin bölgelerini gösterir. Bu taramalar, BTBR/J ve BTBR/R farelerinin corpus callosum’u arasında özellikle önemli farklar ortaya çıkardı. Kredi: Lin, CW., Ellegood, J., Tamada, K. ve ark. Yeni içgörülere sahip eski bir model: endojen retrovirüsler, gelişimi ASD duyarlılığına doğru yönlendirir ve geliştirme sırasında transkripsiyon mekanizmasını ele geçirir. Mol Psychiatry (2023).
BTBR/J fareleri ve BTBR/R’nin diğer alt türleri üzerinde yaptıkları ayrıntılı deney ve analiz serilerinde, endojen retrovirüs[2] aktivasyonunun bir fetüsün duyarlılığını artırdığını ortaya çıkardılar. otizm. Ayrıca, BTBR/R’nin öğrenme yeteneğinde azalma olmadan otistik benzeri davranışlar sergilediğini keşfettiler. Bu da onu, yaygın olarak kullanılan BTBR/J modelinden daha doğru bir otizm modeli yapıyor.
Daha fazla araştırmanın, otizm türlerinin daha iyi sınıflandırılmasının yanı sıra nörogelişimsel bozukluklar için yeni tedavi stratejilerinin oluşturulması.[3]
Şekil 2. a-c. Genom üzerindeki retrovirüs genleri de dahil olmak üzere kopya sayısı varyasyonlarının tekrarlanan dizisinin karşılaştırılması. d ve e. Tekrarlanan dizilerin gen ekspresyon seviyesi analizi: BTBR fareleri, endojen retrovirüs geni ERV’nin kopya sayısına normal (B6) farelerden daha fazla sahipti ve bu genlerin bir kısmı BTBR farelerinde aktive edildi. Kredi: Lin, CW., Ellegood, J., Tamada, K. ve ark. Yeni içgörülere sahip eski bir model: endojen retrovirüsler, gelişimi ASD duyarlılığına doğru yönlendirir ve geliştirme sırasında transkripsiyon mekanizmasını ele geçirir. Mol Psychiatry (2023).
Bu araştırma sonuçları 7 Mart 2023’te Molecular Psychiatry dergisinde yayınlandı.
Ana Noktalar
- araştırmacılar BTBR/J[4]’i, otizm için yaygın olarak kullanılan bir fare modelini ve onun alt türleri olan BTBR/R[5]’i MRI kullanarak analiz ettiler.[6] Bu, beynin sol ve sağ hemisferlerini birbirine bağlayan korpus kallozumun[7] BTBR/J farelerinde bozulduğunu ancak BTBR/R farelerinde bozulmadığını ortaya çıkardı.
- Genom ve transkripsiyon analizi, BTBR farelerinin endojen retrovirüs genlerinin seviyeleri artmıştır.
- Ayrıca, BTBR/R farelerinin tek hücreli RNA analizi[8], endojen retrovirüs aktivasyonunun göstergesi olan çeşitli genlerin (stres yanıt genleri dahil) ekspresyonunda değişiklikler ortaya çıkardı .
- BTBR/J ve BTBR/R fareleri aynı soydan gelse de, çeşitli davranış analizi deneylerinin sonuçları, iki model fare türü arasında uzamsal öğrenme yeteneği ve diğer davranışlar açısından farklılıklar ortaya çıkardı.
- Japonya Bilimi Teşvik Derneği’nden Bilimsel Araştırmalara Yardım Hibeleri (A).
- Japon Tıbbi Araştırma ve Geliştirme Ajansı’nın ‘Beyin Bilimleri için Stratejik Araştırma Programı (SRPBS) )’ (Psikiyatrik ve Nörolojik Bozukluklar)
- Takeda Bilim Vakfı
{ 18}
Şekil 3.Genel Kurul B. Sarısı kesesi: BTBR/R otizm model fareler için, ekspresyonu yüksek olan genler pembe renkle, ekspresyonu azalmış genler ise açık mavi ile belirtilmiştir. c-f. Her kümedeki gen ifade düzeylerinin karşılaştırılması. BTBR/R farelerinde, endojen retrovirüs (ERV) aktivasyonunun göstergesi olan çeşitli genlerin (stres yanıt genleri dahil) ifadesinde değişiklikler olmuştur. Kredi: Lin, CW., Ellegood, J., Tamada, K. ve ark. Yeni içgörülere sahip eski bir model: endojen retrovirüsler, gelişimi ASD duyarlılığına doğru yönlendirir ve geliştirme sırasında transkripsiyon mekanizmasını ele geçirir. Mol Psychiatry (2023).
Araştırma Arka Planı
Otizm (otizm spektrum bozukluğu), hızla artan hasta sayısına rağmen büyük ölçüde keşfedilmemiş bir nörogelişimsel bozukluktur. Otizm teşhisi konan kişilerde devam eden bu artışın nedenleri arasında teşhis kriterlerindeki değişiklikler ve yaşlı babaların daha yaygın hale gelmesi yer alıyor. Otizm, genetik faktörlerle güçlü bir şekilde ilişkilidir ve kopya sayısı varyasyonları gibi DNA yapısındaki anormalliklerden kaynaklanabilir.[9] Hayvan modelleri, özellikle fareler, otizm patolojisini aydınlatmak için araştırmalarda sıklıkla kullanılır. Bu modeller arasında BTBR/J yaygın olarak kullanılan otizmin doğal başlangıçlı fare modelidir. Araştırmalar, BTBR/J farelerinde korpus kallosum (beynin sol ve sağ hemisferlerini birbirine bağlayan) bozukluğu ve aşırı bağışıklık sistemi sinyali dahil olmak üzere çeşitli anormallikler bildirmiştir. Ancak, bu belirli soyun neden otistik benzeri davranışsal anormallikler gösterdiği tam olarak anlaşılamamıştır.
Mevcut çalışmanın amacı, bu otistik benzeri davranışsal anormalliklerin başlangıç mekanizmasına ışık tutmaktı. BTBR/J ve alt türleri BTBR/R.
Şekil 4. a: Açık alan deneyi b. Açık-koyu kutu deneyi c-e. fare yavrularının anneden ayrıldıklarında yaptıkları ultrasonik seslendirmeler. F. yetişkin farelerin ultrasonik seslendirmeleri (karşı cinsten bir fare varlığında). G. Kendi kendine bakım davranışı. H. Mermer gömme testi. Ben. 3 odacıklı sosyal etkileşim testi. J. Barnes labirent uzamsal öğrenme testi. BTBR/R ve BTBR/J fareleri, c’den i’ye kadar olan deneylerin sonuçlarında gösterilen otistik benzeri önemli davranışsal anormallikleri paylaşır. Ancak kaygılı davranışta (a, b) ve uzamsal öğrenmede (j) farklılıklar vardır. BTBR/R fareleri, uzamsal öğrenme güçlüğü göstermedi. Bu nedenle BTBR/R, mevcut BTBR/J modelinden daha uygun bir otizm modelidir çünkü uzamsal öğrenme yeteneğinden ödün vermeden otistik benzeri davranışlar sergilemiştir. Kredi: Lin, CW., Ellegood, J., Tamada, K. ve ark. Yeni içgörülere sahip eski bir model: endojen retrovirüsler, gelişimi ASD duyarlılığına doğru yönlendirir ve geliştirme sırasında transkripsiyon mekanizmasını ele geçirir. Mol Psychiatry (2023).
Araştırma Bulguları
Öncelikle araştırmacılar, BTBR/J ve BTBR/R fareleri üzerinde MRI taramaları gerçekleştirerek farenin her bir bölgesindeki yapısal farklılıkları araştırdı. beyin. Sonuçlar, amigdala dahil 33 bölgede BTBR/J ve BTBR/R fareleri arasında farklılıklar olduğunu ortaya koydu. Keşfedilen özellikle belirgin bir fark, BTBR/J’nin korpus kallosumunun bozuk olmasına rağmen BTBR/R’nin normal olmasıdır (Şekil 1).
Ardından, araştırma grubu BTBR/J’yi karşılaştırmak için dizi CGH yöntemini[10] kullandı. R’nin kopya sayısı, normal bir fare modeliyle (B6) değişir. BTBR/R farelerinin, B6 farelerine kıyasla önemli ölçüde artmış endojen retrovirüs (ERV) seviyelerine sahip olduğunu ortaya çıkardılar (Şekil 2 a-c). Ayrıca, qRT-PCR testleri, bu retrovirüslerin BTBR/R farelerinde aktive edildiğini ortaya çıkardı (Şekil 2d’de gösterildiği gibi). Öte yandan, B6 farelerinde (aynı tekrarlı dizide sınıflandırılan) LINE ERV ifadesinde değişiklik olmaması, bu retroviral aktivasyonun BTBR’ye özgü olduğunu gösterir (Şekil 2e).
Şekil 5. BTBR otizm model farelerde (BTBR/J ve BTBR/R varyantları), retrovirüs aktivasyonu, kopya sayısı varyasyonlarının kolayca oluşmasını sağlar. Yani normal farelerden daha hızlı evrim geçirdikleri söylenebilir. Bunu destekleyen kanıt, BTBR/J ve BTBR/R farelerinin ortak bir ataya sahip olmalarına rağmen, farklı ortamlarda yalnızca 30 yıl yetiştirilmelerinin, iki tür arasında yalnızca davranışsal farklılıklara değil, aynı zamanda beyin yapısında da önemli farklılıklara yol açmış olmasıdır. yaniKredi: Lin, CW., Ellegood, J., Tamada, K. ve ark. Yeni içgörülere sahip eski bir model: endojen retrovirüsler, gelişimi ASD duyarlılığına doğru yönlendirir ve geliştirme sırasında transkripsiyon mekanizmasını ele geçirir. Mol Psychiatry (2023).
Ardından araştırmacılar, embriyonik BTBR farelerinin dokusunda (AGM[11] ve yolk kesesinde[12]) tek hücreli RNA analizi gerçekleştirdi. ERV’nin aşağısındaki bir grup gende ekspresyon değişiklikleri gözlemlendiğinden, sonuçlar BTBR farelerinde ERV aktivasyonuna dair kanıt sağlar (Şekil 3).
Son olarak, araştırmacılar BTBR/J ve BTBR/ arasındaki farkları kapsamlı bir şekilde araştırdılar. Davranış düzeyinde R. BTBR/R fareleri, BTBR/J’den daha az endişeliydi ve farelerde iletişim yeteneğini değerlendirmenin bir yolu olarak ölçülen ultrason seslendirmelerinde niteliksel değişiklikler gösterdi (Şekil 4a-f). BTBR/R fareleri ayrıca daha fazla kendi kendine bakım davranışı sergiledi ve bilye gömme testinde daha fazla misket gömdü (Şekil 4g, h). Bu iki test, otistik bireylerde tekrarlayan davranışsal anormallikleri tespit etmek için tasarlanmıştır. Sonuçlardan, BTBR/R’nin BTBR/J’den daha tekrarlayıcı davranışlar sergilediği (yani daha semptomatik olduğu) açıktı. Bir farenin başka bir fareye ne kadar yaklaşacağını ölçen 3 odacıklı sosyal etkileşim testi de BTBR/R’de BTBR/J farelerine göre daha belirgin sosyal eksiklikler ortaya çıkardı (Şekil 4i). Ek olarak, BTBR/J farelerinin B6’ya (normal fareler) kıyasla düşük öğrenme yeteneği sergilediği bir uzamsal öğrenme testi yürütmek için bir Barnes labirenti kullanıldı. Öte yandan BTBR/R fareleri, B6’ya benzer bir yetenek sergiledi (Şekil 4j).
Genel olarak, çalışma, retrovirüs aktivasyonunun BTBR farelerindeki kopya sayısı varyantlarının artmasına neden olduğunu ve bunun da farklılıklara yol açtığını ortaya koydu. BTBR/J ve BTBR/R farelerinde görülen davranış ve beyin yapısında (Şekil 5).
Diğer Gelişmeler
BTBR/J fareleri, araştırmacılar tarafından otizmin fare modeli olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bu çalışmanın sonuçları, diğer BTBR/R fare soyunun kullanışlılığını vurgulamaktadır çünkü bunlar, uzamsal öğrenme yeteneğinden ödün vermeden otistik benzeri davranışlar sergilerler. Sonuçlar ayrıca otizm için ERV aktivasyonunu baskılayan yeni tedaviler geliştirmenin mümkün olabileceğini düşündürmektedir. Ayrıca, otizm alt tiplerini başlangıç mekanizmalarına göre sınıflandırmak gerekir; bu, otizm için yeni tedavi yolları açmaya yönelik hayati bir ilk adımdır.
Referans: “Yeni içgörülere sahip eski bir model: endojen retrovirüsler tahrik eder geliştirme sırasında ASD duyarlılığına ve kaçırma transkripsiyon makinelerine doğru gelişme”, Chia-Wen Lin, Jacob Ellegood, Kota Tamada, Ikuo Miura, Mikiko Konda, Kozue Takeshita, Koji Atarashi, Jason P. Lerch, Shigeharu Wakana, Thomas J. McHugh ve Toru Takumi, 7 Mart 2023, Moleküler Psikiyatri.
DOI: 10.1038/s41380-023-01999-z
Sözlük
1. İdiopatik otizm: Otizm, genetik ve çevresel faktörlerin neden olabileceği çok faktörlü bir bozukluk olarak kabul edilir. Genetik ve genomik anormallikler gibi genetik faktörlerin otizme neden olabileceği anlaşılmaktadır, ancak yine de nedeni bilinmeyen pek çok otizm vakası bulunmaktadır. Nedenin belirlenemediği otizm (çevresel faktörler dahil) idiyopatik otizm olarak adlandırılır.
2. Endojen retrovirüs: Ters transkripsiyona sahip bir RNA virüsü için genel bir terim. Bu virüslerin çoğu eski ve etkisizdir ve nesiller boyunca türler boyunca aktarılmıştır. İnsan genomunun yaklaşık %8’i bu retrovirüslerden oluşur.
3. Nörogelişimsel bozukluk: Daha önce gelişimsel bozukluk olarak adlandırılan bu, beyindeki işlevsel bir sorunla ilişkili olarak ortaya çıkan bir bozukluktur. beyin.
4. BTBR/J: Bir tür konjenik fare. BTBR fare hattının sistemik davranış analizleri, bunun otistik davranışa en çok benzeyen çizgi olduğunu göstermiştir. Bu nedenle idiyopatik otizm fare modeli olarak bilinir. Bu hat, Jackson Laboratuvarı (ABD) tarafından sürdürülmekte ve korunmaktadır ve otizm araştırmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
5. BTBR/R: Bu otizm model fare dizisi, BTBR/J ile aynı kökene sahiptir. 1987’de Riken Bioresource Araştırma Merkezi’nde (Japonya) saklandı ve o zamandan beri merkez tarafından muhafaza ediliyor ve korunuyor.
6. MRI: Manyetik Rezonans Görüntüleme. Beynin ve diğer organların çeşitli kesitsel görüntülerini oluşturmak için manyetik alanları ve radyo dalgalarını kullanan invazif olmayan bir yöntem.
7. Corpus callosum: Komissural liflerden oluşan bir demet. Komissural lifler beynin sol ve sağ yarım kürelerini birbirine bağlar.
8. Tek hücreli RNA-seq: Tek tek hücrelerde bulunan tüm mRNA’nın niteliksel ve niceliksel yönlerinin yeni nesil bir sıralayıcı kullanılarak kapsamlı bir şekilde araştırılması yöntemi.Ayrıca, gen ifade profilindeki değişikliklere dayalı sözde zamansal sıralama analizi yapmak, gelişime eşlik eden hücresel durumdaki lifleri tasvir etmeyi mümkün kılar.
9. Kopya sayısı varyasyonu: Bir kopya numarası varyasyonu (polimorfizm), genomik DNA’nın bir kopyadan az (silinme) veya üçten fazla kopyanın (duplikasyon) olduğu ve 1 kilobazdan (kb) daha fazlasını kapsayan bir olgudur. bir kromozom. Normalde 2 nüsha olmalıdır. 3 nüsha veya sadece bir nüsha varsa, bu bir nüsha sayısı varyasyonudur. Kopya sayısı varyasyonları, insan genomunun %12’sinde bulunur. Sağlıklı, normal genomlarda kopya sayısı varyasyonları olabilir ancak bunlar genomik hastalığa da neden olabilir.
10. Dizi CGH yöntemi: Bu yöntem, genomik DNA amplifikasyonu dahil olmak üzere genom anormalliklerini saptayabilir ve tüm kromozomları kapsayan yüksek çözünürlüklü bir ölçekte kusurlar.
11. AGM: Aorta-gonad-mesonephros (AGM) bölgesi, fetüs içinde hematopoietik bir bölgedir (yani, fetüsün kanının hücresel bileşenlerinin oluştuğu yer).
12. Yolk kesesi (YS): Yolk sac, bir fetüsün gelişmesini sağlayan birçok kritik işlevi yerine getirir; örneğin, kan hücresi üretiminde yer alır (birincil hematopoez).
13. 3 odacıklı sosyal etkileşim testi: Bir farenin sosyalliğini değerlendirmek için tasarlanmış bir deney. Normalde, fareler diğer farelerle güçlü bir şekilde ilgilenir. Bu nedenle, başka bir farenin bulunduğu odada, boş olan odaya göre daha fazla zaman harcıyorlar.
Teşekkürler
Araştırma, aşağıdaki kuruluşlardan sağlanan fonlarla desteklenmiştir:
.