על ידי החלפת מתג גנטי בודד מ-APOE4 ל-APOE2 בעכברים בוגרים, החוקרים הפכו שינויים מרכזיים דמויי אלצהיימר במוח תוך שהם חשפו את הפשרות המטבוליות שטיפולים עתידיים ממוקדי APOE חייבים לנווט בבטחה.
מחקר: החלפת אללים מ-APOE4 ל-APOE2 בעכברים משפרת את החתימות המטבוליות, הנוירופתולוגיה והקוגניציה הקשורות למחלת אלצהיימר. קרדיט תמונה: Lightspring / Shutterstock
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת מדעי המוח בטבעקבוצת חוקרים חקרה אם החלפת אפוליפופרוטאין E4 (APOE4) לאפוליפופרוטאין E2 (APOE2) בעכברים בוגרים משפר את הפתולוגיה והקוגניציה המוחית הרלוונטית למחלת אלצהיימר, תוך הגדרת השפעות שומנים מערכתיות.
נוף סיכון גנטי של גרסאות APOE
אחת מכל שלוש משפחות מכירה מישהו שחי עם אובדן זיכרון, ומחלת אלצהיימר המתחילה פוגעת בעשרות מיליונים ברחבי העולם. גורם הסיכון הגנטי השכיח החזק ביותר הוא APOE: האיזופורם E4 מעלה את הסיכון עד פי 13 בהומוזיגוטים, בעוד שהאיזופורם E2 מוריד את הסיכון ומאט את הירידה.
מדענים הציעו אסטרטגיות לעריכת גנים לנטרול APOE4 או להגביר APOE2אולם, in vivo בדיקות של החלפה ספציפית לכל הגוף והתא הוגבלו. מה שאנשים רוצים לדעת הוא פשוט: אם ניתן היה להחליף את הגן בבגרות, האם המוח אכן ישתפר?
יש צורך במחקר נוסף כדי להעריך את היעילות, הבטיחות וסוגי תאי המטרה.
הנדסת דגם המתג APOE4 ל-APOE2
החוקרים הנדסו קו עכבר "מתג APOE" (APOE4s2) נושאת אדם מרופד APOE4 אקסון מקודד ואחריו אנושי APOE2. קולטן טמוקסיפן Cre recombinase אסטרוגן T (CreERT) אפשרה שליטה זמנית של החלפת אללים.
מיתוג גלובלי (APOE4s2G) הושג על ידי מעבר לביטוי שבא לידי ביטוי בכל מקום CreERT; מיתוג ספציפי לאסטרוציטים (APOE4s2A) השתמש באלדהיד דהידרוגנאז 1 בן משפחה L1 (Aldh1l1) היתוך Cre recombinase Crécombinase T2 מונע על ידי פרומוטור קולטן אסטרוגן (CreERT2) (Aldh1l1-CreERT2) להגביל בעיקר את ההחלפה לאסטרוציטים במערכת העצבים המרכזית, אם כי התרחש ביטוי היקפי מסוים.
אימות של המרת אלל ופרופיל שומנים מערכתי
המרת אללים אומתה בכבד ובמוח באמצעות תגובת שרשרת פולימראז כמותית (qPCR) וכרומטוגרפיה נוזלית-ספקטרומטריית מסה טנדמית (LC-MS/MS) פרופיל פפטיד של APOE גם במוח וגם בפלזמה.
השפעות שומנים סיסטמיות תועדו תחת תזונה רגילה ותזונה מערבית עם חלוקה של ליפופרוטאין של ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה מאוד (VLDL), ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה (LDL), וליפופרוטאינים בצפיפות גבוהה (HDL), ומבחן אימונוסורבנט מקושר אנזים (אליסה) כימות של ApoE (חלבון) וטריגליצרידים.
ליפידומיה מוחית ותעתוק ספציפי לתא
שומנים במוח בשימוש לא ממוקד LC-MS/MS וניתוח רשתות ביטוי משוקלל של גנים (WGCNA) התמקדות בפוספטידילכולין (PC), פוספטידילאתנולמין (פ), סרמיד (CER), וליזו-פוספטידילכולין (LPC) מינים.
רצף חומצה ריבו-נוקלאית במוח שלם (scRNA-seq) הגדירו גנים בעלי ביטוי דיפרנציאלי ומסלולי אונטולוגיה של גנים על פני אסטרוציטים, מיקרוגליות, אוליגודנדרוציטים, תאי אנדותל ואחרים. לגבי רלוונטיות המחלה, APOE4s2A עכברים הוצלבו עם מודל חמשת המוטציות המשפחתיות של מחלת אלצהיימר (5xFAD).
הקוגניציה נבדקה על ידי התניית פחד ומבוך המים של מוריס. היסטופתולוגיה כמתה עמילואיד-בטא (Aβ 40/42), חלבון חומצי גליאלי (GFAP), מולקולת מתאם קושרת סידן מיונן 1 (IBA1), תסביך היסטורי תאימות עיקרי סוג II (MHC-II), ApoE הקשור לפלאק, אנגיופתיה עמילואידית מוחית (CAA), ו-zonula occlusens-1 (ZO1).
השפעות תחליף גלובליות על ליפידים ומסלולי מוח
אינדוקציה גלובלית הומרה APOE4 אֶל APOE2 ביעילות גם ב-RNA שליח (mRNA) ורמות חלבון בכבד ובמוח, כפי שהודגם על ידי LC-MS/MSשחשפה כי הרוב המכריע של פפטידי ApoE שזוהו היו ייחודיים ל-ApoE2 לאחר ההחלפה.
מערכתית, מיתוג גלובלי העלה את ה-ApoE והטריגליצרידים בפלזמה ועלה VLDL שברים, משחזרים מאפיינים של היפרליפופרוטאין מסוג III שנראו בתת-קבוצה של APOE2 בני אדם הומוזיגוטים. במוח, טיפול בליפידום לא ממוקד חשף שיפוץ סלקטיבי, כאשר מינים רבים של פוספטידילכולין וסרמיד השתנו בעקבות המעבר.
א WGCNA מודול ליפיד כחול, מועשר עבור PC ו פבקורלציה עם המעבר מ-ApoE4 ל-ApoE2, מה שמצביע על חיווט מחדש מתואם של ממברנה ושומני איתות חשובים לתפקוד הסינפטי ותקשורת גליה.
שינויי תמלול למבוגרים לאחר עריכת APOE
ScRNA-seq גילה כי מעבר של חודש מ APOE4 אֶל APOE2 בבגרות שינו תוכניות שעתוק מוח על פני מספר סוגי תאים, בעיקר אסטרוציטים, אוליגודנדרוציטים, מיקרוגליה ותאי אנדותל.
גנים בעלי ביטוי דיפרנציאלי חופפים לרשימות של מחלת אלצהיימר שהופיעה מאוחרת ממערכי נתונים אנושיים והתכנסו לחילוף חומרים, בקרת חיזור, העברה עצבית ומסלולי שלד ציטוניים או שלמות כלי דם. ממצאים אלה מוכיחים כי חתימות המיוחסות לרוב לכל החיים APOE4 הבגרות ניתנות לגיבוש באופן מפתיע בבגרות.
השפעות החלפת APOE2 מוגבלות לאסטרוציטים
מכיוון שאסטרוציטים הם המקור העיקרי ל-ApoE של מערכת העצבים המרכזית, הצוות בדק תחליף מוגבל אסטרוציטים מ APOE4 אֶל APOE2. מיון תאים ו qPCR אישר מיתוג יעיל וספציפי לתא עם שינוי צנוע ברמת המוח כולו, העולה בקנה אחד עם דומיננטיות של אסטרוציטים.
החלפת אסטרוציטים בלבד סידרה רבים מהשינויים התעתיקים העולמיים, כולל חפיפה ניכרת עם גנים מאוחרים של מחלת אלצהיימר ומונחי מסלול הקשורים להולכה עצבית, מצב חיזור והובלת מטבוליטים.
יש לציין, מיקרוגליה ואוליגודנדרוציטים שעדיין התבטאו APOE4 עם זאת, הציג גנים רבים בעלי ביטוי דיפרנציאלי, המצביעים על השפעות לא אוטונומיות של תאים של ApoE2 שמקורו באסטרוציטים.
תוצאות החלפת APOE2 בדגם 5xFAD
ב- 5xFAD מודל, מעבר אסטרוציטים בלבד ל-ApoE2 הביא לשיפור התניה של פחד, כאשר עכברים נקבות הפגינו שיפורים חזקים יותר בזיכרון ההקשרי והרמז, אך עם השפעות מוגבלות במבוך המים של מוריס. הפתולוגיה של העמילואיד ירדה: עומס הפלאק ירד (עם קו בסיס גבוה יותר אצל נשים), ו Aβ 40 ו Aβ 42 מאת אליסה הצטמצמו.
אנגיופתיה עמילואידית מוחית לא הופחתה, וחלבון ה-tight junction ZO1 היה ללא שינוי. גליוזיס ספוג: GFAP ו IBA1 ירד, מיקרוגליה בתגובה פעילה פחתה, ApoE הקשור לפלאק פחתה וסמנים הקשורים למחלת מיקרוגליה המפעילים את הרצפטור המובע על תאי מיאלואיד 2 (TREM2) ותחום לקטין מסוג C המכיל 7A (CLEC7A) הוחלפו בפיקוח.
השלכות טיפוליות של עריכת APOE פוסט-התפתחותית
החלפה פוסט-התפתחותית ניתנת להשראה של APOE4 עִם APOE2 בעכברים בוגרים מחדש את חילוף החומרים במהירות, חווט מחדש כיתות שומנים מרכזיות לממברנות ולאיתות, ומתכנת מחדש תעתיקי מוח ספציפיים לסוג תא. החלפה מוגבלת אסטרוציטים לבדה מוריד עמילואיד פרנכימלי, מפחית גליוזיס פרוקסימלי פלאק, מרחיק את המיקרוגליה מפנוטיפים מופעלים, מפחית ApoE הקשור לפלאק ומשפר את הזיכרון האסוציאטיבי.
נתונים אלה מצביעים על כך שלאחר התפתחות, ממוקד תאים APOE עריכה יכולה לשנות מספר מסלולים של מחלת אלצהיימר בבת אחת. התרגום ידרוש איזון בין היתרונות של מערכת העצבים המרכזית עם סיכונים היקפיים, כגון היפרליפופרוטאין מסוג III ועוד APOE2הפרעות הקשורות (למשל, מלנומה, ניוון מקולרי הקשור לגיל). זה יכלול התחשבות בתגובות ספציפיות למין והגדרת מינון, תזמון, עמידות ואסטרטגיות מסירה ליישום קליני בטוח ושוויוני.
