Projekti / Programi
Patogeni mehanizem podaljšanih heksanukleotidnih ponovitev v genu C9orf72 pri nevrodegeneraciji
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.03.00 |
Medicina |
Nevrobiologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B640 |
Biomedicinske vede |
Nevrologija, nevropsihologija, nevrofiziologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.01 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Temeljna medicina |
Frontotemporalna demenca, amiotrofična lateralna skleroza, nevrodegeneracija, C9orf72, GGGGCC, RAN translacija, RNA vezavni proteini, G-kvadrupleks,TDP-43
Raziskovalci (23)
Organizacije (4)
Povzetek
Amiotrofična lateralna skleroza (ALS) in frontotemporalna lobarna degeneracija (FTLD) predstavljata dva konca fenotipskega spektra kompleksne in neozdravljive nevrodegenerativne bolezni. Agregacija RNA-vezavnih proteinov je ključna patološka značilnost ALS in FTLD, ki kaže na motnje v RNA metabolizmu. Pri 95% vseh ALS in 60% FTLD pacientov agregira protein TDP-43, zato boleznim pravimo tudi proteinopatije TDP-43, vendar je delež nakopičenih mutantov proteina TDP-43 zelo majhen v primerjavi z normalnim proteinom. Tako se postavlja glavno vprašanje, kaj povzroča agregacijo normalnega TDP-43 pri ALS in FTLD, ter kakšna je vloga okvarjenega RNA metabolizma pri teh boleznih. Pomembno vlogo RNA nadalje potrjujejo nedavna odkritja z boleznimi povezanih heksanukleotidnih ponovitev GGGGCC (G4C2) v C9orf72 genu. Razširjene mutacije heksanukleotidnih ponovitev (angl. HREM – hexanucleotide repeat expansion mutation) predstavljajo največji genetski vzrok za bolezni s TDP-43 proteinopatijami. HREM lahko povzročijo nastanek kompleksnih DNA in RNA struktur, spremembe v RNA transkripciji in procesiranju ter nastanek toksičnih RNA skupki, ki lahko sekvestrirajo in inaktivirajo RNA-vezavne proteine (angl. RBP – RNA-binding proteins). Kompleksnost nadalje poveča transkripcija v protismiselni smeri, kjer se tvorijo CCCCGG (C4G2) ponovitve. V nekaterih objavah celo predvidevajo, da so protismiselni HREM transkripti bolj pogosti kot smiselni. Prepisane razširitve G4C2 in C4G2 ponovitev se lahko prevedejo v serijo proteinov z dipeptidnimi ponovitvami preko mehanizma RAN (repeat-associated non-ATG-initiated) translacije, ki pa se prav tako združujejo v agregate v celicah. HREM lahko tudi privede do haploinsuficience C9orf72 proteina, ki do sedaj sicer ni bila še dobro okarakterizirana, je pa povezana z endosomskim razmeščanjem.
Ker je razširitev C9orf72 ponovitev največji vzrok za TDP-4 proteinopatije, je zelo pomembno, da se odkrije, kateri od mehanizmov patogenosti vodi do agregacije TDP-43. Za uspešno odkritje novih poti, ki bi zakasnile začetek ali napredovanje bolezni ALS in FTLD so tako potrebne intenzivne in pospešene raziskave karakterizacije in razumevanja teh mehanizmov.
S predlaganim projektom bomo pripomogli k razumevanju patološke vloge razširjenih heksanukleotidnih ponovitev v genu C9orf72 s poudarkom na toksičnosti RNA in karakterizaciji C9orf72 proteina.
V nedavnih objavah, vključno z našo, smo dokazali vrsto proteinov, ki se vežejo na (G4C2)n RNA in kolokalizirajo z RNA skupki, zato se bomo v predlaganem projektu osredotočili na pomen protismiselnih transkriptov za bolezni in na karakterizacijo C9orf72 proteina v povezavi z RNA vezavnimi proteini. Pomembnost teh odkritij za bolezni bomo testirali na inducibilnih pluripotentnih matičnih celicah, ki bodo imele C9orf72 mutacijo in post-mortem možganskem in hrbtenjačnem tkivu ALS in FTLD pacientov s C9orf72 mutacijami.
Pomen za razvoj znanosti
ALS in FTLD sta zelo težki in zaenkrat neozdravljivi nevrološki bolezni. Nedavne ugotovitve močno nakazujejo, da so napake v RNA-procesih odgovorne za nastanek spektra teh bolezni. Iz številnih vplivnih znanstvenih objav je razviden velik pomen procesov, povezanih z RNA, pri razumevanju kompleksnih bolezni in razvoju novih terapij. Glavni cilj projekta je bil raziskati mehanizme bolezni mutacij povečanih heksanukleotidnih ponovitev (hexanucleotide repeat expansion mutation - HREM) v C9orf72, ki je najpogostejši genetski vzrok za nastanek ALS in FTLD, poleg tega pa so povezane tudi z drugimi nevrodegenerativnimi boleznimi. Za razlago mehanizma so najbolj verjetne 3 hipoteze: toksičnost RNA, ki se prepiše s HREM, toksičnost nakopičenih in agregiranih dipeptidnih ponovitev, ki se prevedejo iz HREM, in haploinsufienca proteina C9orf72. Objavili smo štiri izvirne članke, neposredno povezane s tematiko projekta, pet člankov iz širše tematike in tri pregledne članke. Pomembnost doseženih rezultatov odraža tudi 324 citatov (podatki o objavah pripisanih temu projektu in izračunanih do trenutka pisanja tega poročila; vir Scopus). Vsebine najpomembnejših dosežkov govorijo o topologiji različnih dolžin DNA smiselne in protismiselne verige heksanukleotidnih ponovitev ter vlogi dipeptidnih ponovitev pri toksičnosti. Najbolj odmevna objava pripisana projektu je bila izvedena v sodelavi z velikim mednarodnim konzorcijem, ko smo poročali o novih genih oz. genskih regijah, ki so povezane z nastankom ALS. Objava je bila v reviji Nature Genetics (IF 31,6) in je bila deležna precejšnjega odziva v tuji in tudi domači javnosti. Ob objavi smo imeli več televizijskih, radijskih in časopisnih prispevkov in intervjujev.
Pomen za razvoj Slovenije
Nevrodegenerativne bolezni predstavljajo eno večjih bremen za zdravje in ekonomijo razvitih držav. Kljub napredku v nevroznanosti v zadnje pol stoletja zdravil, ki bi pomembno izboljšala potek katerekoli nevrodegenerativne motnje, še niso odkrili. Torej je nujno odkriti zdravila, ki bi upočasnila ali preprečila napredovanje bolezni. Napredek v razumevanju molekularnih osnov teh bolezni predstavlja veliko priložnost, da bi našli nove tarče, ki bi omogočile zdravljenje teh bolezni. Poleg že omenjenih raziskovalnih dosežkov, je projekt zelo pozitivno vplival na področje raziskav molekularnih procesov nevrodegeneracije v Sloveniji, ker je omogočil nadaljevanje zelo uspešnega sodelovanja med prijavitelji projekta iz Slovenije s Centrom za nevrodegenerativne raziskave na King’s College-u v Londonu (prof Shaw) ter omogočil začetek novega sodelovanje s še eno vrhunsko znanstveno ustanovo – z Inštitutom za Nevrologijo, University College London (prof Ule). Omogočil je tudi sodelavo dveh vrhunskih slovenskih nevroznanstvenikov (Zorec in Rogelj) in ter vzpostavitev regionalnega sodelovanja z Univerzo v Mariboru (Potočnik). Pridobili smo tudi tri bilateralne projekte, in sicer s prof. dr. Donom Clevelandom ter prof. dr. Robertom Brownom iz ZDA ter s prof. dr. Pavletom Andjusom iz Srbije. Mladi raziskovalki v naši skupini sta prejeli štipendijo Ad Futura, ki jima je omogočilo raziskovalno delo in pridobivanje dragocenih izkušenj na King’s College-u v Londonu ter UCSD v ZDA. Udeležili smo se več mednarodnih konferenc in sodelovali pri organizaciji treh konferenc, ki so bile v Sloveniji (SBD, Sinapsa in ENCALS). Na konferenci SBD 2017 je vodja skupine dobil Lapanjetovo nagrado za vrhunske dosežke na področju biokemijskih znanosti.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
zaključno poročilo
