המוח מכונה לעתים קרובות "קופסה שחורה" – כזו שקשה להציץ פנימה ולקבוע מה קורה בכל רגע נתון. זו חלק מהסיבה לכך שקשה להבין את יחסי הגומלין המורכבים של מולקולות, תאים וגנים העומדים בבסיס הפרעות נוירולוגיות. אבל לשיטת מסך CRISPR חדשה שפותחה ב-Scripps Research יש פוטנציאל לחשוף מטרות וטיפולים טיפוליים חדשים למצבים אלה.
השיטה, המתוארת במחקר שפורסם ב תָא ב-20 במאי 2024, מספק דרך לבחון במהירות את סוגי תאי המוח הקשורים לגנים התפתחותיים מרכזיים בקנה מידה שלא נעשה קודם לכן – עוזר לפענח את המניעים הגנטיים והתאיים של מחלות נוירולוגיות שונות.
אנו יודעים שמוטציות מסוימות בגנום שלנו יכולות להפוך אותנו לפגיעים או עמידים בפני מחלות שונות, אבל אילו סוגי תאים ספציפיים עומדים מאחורי מחלה? אילו אזורים במוח רגישים למוטציות הגנום באותם תאים? אלו סוגי השאלות שאנו מנסים לענות עליהן. עם הטכנולוגיה החדשה הזו, אנחנו רוצים לבנות תמונה דינמית יותר על פני אזור המוח, על פני סוג תאים, על פני העיתוי של התפתחות המחלה, ולהתחיל באמת להבין כיצד המחלה התרחשה; וכיצד לתכנן התערבויות."
שין ג'ין, דוקטורט, סופר בכיר, עוזר פרופסור במחלקה למדעי המוח במחקר Scripps
הודות למאמצים של למעלה מעשור בגנטיקה האנושית, למדענים הייתה גישה לרשימות ארוכות של שינויים גנטיים התורמים למגוון של מחלות אנושיות, אך לדעת כיצד גן גורם למחלה שונה מאוד מהידיעה כיצד לטפל במחלה עצמה. כל גן סיכון עשוי להשפיע על אחד או כמה סוגים שונים של תאים. ההבנה כיצד סוגי התאים הללו – ואפילו תאים בודדים – משפיעים על גן ומשפיעים על התקדמות המחלה היא המפתח להבנה כיצד בסופו של דבר לטפל במחלה זו.
זו הסיבה שג'ין, יחד עם המחבר הראשון של המחקר, Xinhe Zheng, מועמד לדוקטורט ועמית בוגר פרנק ג'יי דיקסון ב-Scripps Research, המציאו יחד את הטכניקה החדשה, בשם in vivo Perturb-seq. שיטה זו ממנפת את טכנולוגיית CRISPR-Cas9 וניתוח תעתיק של תא בודד, כדי למדוד את השפעתו על תא: תא אחד בכל פעם. באמצעות CRISPR-Cas9, מדענים יכולים לבצע שינויים מדויקים בגנום במהלך התפתחות המוח, ולאחר מכן לחקור מקרוב כיצד השינויים הללו משפיעים על תאים בודדים באמצעות ניתוח טרנסקריפטומי של תא בודד – עבור אלפי תאים במקביל.
"המערכת החדשה שלנו יכולה למדוד את התגובה של תאים בודדים לאחר הפרעות גנטיות, כלומר אנחנו יכולים לצייר תמונה של האם סוגי תאים מסוימים רגישים יותר מאחרים ולהגיב אחרת כאשר מתרחשת מוטציה מסוימת", אומר ג'ין.
בעבר, השיטה להחדרת ההפרעות הגנטיות לרקמת המוח הייתה איטית מאוד, ולרוב נמשכה ימים או אפילו שבועות, מה שיצר תנאים לא אופטימליים לחקר תפקודי גנים הקשורים להתפתחות נוירו-עצבית. אבל שיטת ההקרנה החדשה של ג'ין מאפשרת ביטוי מהיר של גורמי הפרעה בתאים חיים בתוך 48 שעות – כלומר מדענים יכולים לראות במהירות כיצד גנים ספציפיים מתפקדים בסוגים שונים של תאים בפרק זמן קצר מאוד.
השיטה גם מאפשרת רמת מדרגיות שקודם לכן הייתה בלתי אפשרית – צוות המחקר הצליח ליצור פרופיל של יותר מ-30,000 תאים בניסוי אחד בלבד, מואצת פי 10-20 מהגישות המסורתיות. ברבים מאזורי המוח שהם בחנו, כמו המוח הקטן, הם הצליחו לאסוף עשרות אלפי תאים ששיטות התיוג הקודמות לא יכלו להגיע אליהם.
במחקר פיילוט שעשה שימוש בטכנולוגיה חדשה זו, העניין של ג'ין והצוות שלה התעורר כאשר הם ראו הפרעה גנטית מעוררת השפעות שונות כאשר היא מוטרדת בסוגי תאים שונים. זה חשוב מכיוון שאותם סוגי תאים מושפעים הם אתרי הפעולה של מחלות או גרסאות גנטיות מסוימות. "למרות ייצוגי האוכלוסייה הקטנים שלהם, לכמה סוגי תאים בשפע עשויה להיות השפעה חזקה יותר מאחרים על ידי ההפרעה הגנטית, וכאשר אנו מסתכלים באופן שיטתי על סוגי תאים אחרים על פני מספר גנים, אנו רואים דפוסים. זו הסיבה לרזולוציה של תא בודד-; היכולת לחקור כל תא וכיצד כל אחד מתנהג – יכולה להציע לנו מבט שיטתי", אומר ג'ין.
עם הטכנולוגיה החדשה שלה ביד, ג'ין מתכננת ליישם אותה כדי להבין טוב יותר מצבים נוירו-פסיכיאטריים וכיצד סוגי תאים מסוימים מתכתבים עם אזורי מוח שונים. בהמשך, ג'ין אומרת שהיא נרגשת לראות את סוג הטכנולוגיה הזה מיושמת על סוגי תאים נוספים באיברים אחרים בגוף כדי להבין טוב יותר מגוון רחב של מחלות במונחים של רקמות, התפתחות והזדקנות.
