Das Proteom der Huntington-Krankheit zähmen: Massenspektrometrie könnte Antworten liefern

Huntington-Krankheit

Die Massenspektrometrie hat sich neben der zunehmenden Verfügbarkeit von Zell- und Tiermodellen der Krankheit zu einem wichtigen analytischen Werkzeug entwickelt, um ein besseres Verständnis der der Huntington-Krankheit (HD) zugrunde liegenden Mechanismen zu erlangen. Diese Rezension, veröffentlicht in der Zeitschrift für Chorea Huntington, fasst Daten aus wichtigen veröffentlichten Massenspektrometrie-Studien zusammen, die in den letzten 20 Jahren in der Huntington-Forschung durchgeführt wurden, und identifiziert wichtige Veränderungen, die bei der Huntington-Krankheit auftreten. Die Autoren ermutigen die Forscher, diese Studien stärker zu nutzen, um die Entwicklung neuer Behandlungen zu beschleunigen.

Die HD ist eine seltene neurodegenerative Erkrankung, die durch die abweichende Expression des mutierten Huntingtin (HTT)-Proteins verursacht wird, das einen erweiterten Polyglutamintrakt enthält. Massenspektrometrie ist eine seit über einem Jahrhundert bestehende Technik zur Messung des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses von Ionen. Proteine ​​in komplexen Gemischen wie Geweben wurden jedoch nicht allgemein analysiert, bis modernere Ionisierungsmethoden verfügbar wurden.

Die Autoren haben die Massenspektrometrie in für die meisten Biologen verständlichen Begriffen erklärt. Obwohl diese Studien umfangreiche, nützliche Daten erbracht haben, wussten die Forscher auf dem Gebiet der Huntington-Krankheit nicht, wie viele solcher Studien durchgeführt wurden.

„Der Einsatz der Massenspektrometrie bietet mehrere Vorteile“, erklärte Kimberly B. Kegel-Gleason, Ph.D., MassGeneral Institute for Neurodegenerative Disease (MIND), Department of Neurology, Massachusetts General Hospital, Charlestown, MA, USA. „Erstens ist es objektiv – Wissenschaftler brauchen keine vorgefertigte Idee oder Kandidatenproteine ​​im Kopf zu haben, was das Experiment von unseren Vorurteilen befreit und es uns ermöglicht, Veränderungen zu identifizieren, an die wir vielleicht nicht gedacht haben. Zweitens haben jüngste Fortschritte in der Hardware den Nachweis vieler Proteine ​​erleichtert, einschließlich solcher in sehr geringen Mengen in einer gemischten Probe. Schließlich ermöglichen erweiterte Gendatenbanken, die durch die Sequenzierung des gesamten Genoms bereitgestellt werden, jetzt eine genaue „Annotation“ oder Identifizierung der interessierenden Proteine.“

Es ist heute bekannt, dass HTT eine Vielzahl von posttranslationalen Modifikationen (PTMs) aufweist. In den frühen 2000er Jahren wurde Massenspektrometrie verwendet, um Hap40 als Teil eines Proteinkomplexes mit HTT zu identifizieren. Es wurde auch verwendet, um den Unterschied zwischen Wildtyp- und Huntington-Proteomen zu untersuchen (ein Proteom ist der Satz exprimierter Proteine ​​in einem bestimmten Zell-, Gewebe- oder Organismustyp). Im Anschluss an diese Studie führten mehrere andere Forscher vollständige Proteom-Studien in Human- und Maus-HD-Modellen durch. Viele Forscher sind noch einen Schritt weiter gegangen, um das HTT-Interaktom (Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk) mit Massenspektrometrie zu untersuchen, und haben auch HTT selbst untersucht, um neue PTMs zu identifizieren.

Bemerkenswert unter den untersuchten Studien sind 15 Proteomstudien, die versuchten, Veränderungen der Expressionsniveaus zu bestimmen (mit der Frage "Wie viel Protein ist da?") und fünf Interactome-Studien, die Veränderungen in der Wechselwirkung von HTT mit anderen Proteinen untersuchten (mit der Frage " interagiert HTT mehr oder weniger mit Proteinen?'). Diese Studien verglichen Hirngewebe aus Tiermodellen und Autopsiegewebe von Patienten mit Huntington im Vergleich zu Kontrollen. Wichtig ist, dass drei Studien Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit von Kontrollen und Patienten mit Huntington-Krankheit verwendeten, um Biomarker für das Fortschreiten der Krankheit zu identifizieren. Sie heben auch vier Studien hervor, die posttranslationale Modifikationen (molekulare Marker) am Huntingtin-Protein identifizierten.

„Top-down-Massenspektrometrie-Studien des HTT-Proteins liefern äußerst interessante Informationen über den Phosphorylierungsstatus und andere Modifikationen von HTT“, bemerkte Co-Autor Connor Seeley, BS, Laboratory of Cellular Neurobiology, Department of Neurology, Massachusetts General Hospital, Charlestown. MA, USA. "Die Korrelation dieser HTT-Proteoformen mit Funktionen sollte bei der Identifizierung von Pathologiemechanismen fruchtbar sein, auf die eine Intervention ausgerichtet werden kann."

„Trotz der großen Zahl veröffentlichter Arbeiten gab es bis heute keine ähnlich umfassende Übersicht, die sich auf die Ergebnisse von Huntington-Massenspektrometrie-Studien konzentriert“, kommentierte Dr. Kegel-Gleason. „Um diese wichtigen Daten zu erhalten, wurde eine beträchtliche Investition von Forschungsgeldern aufgewendet, doch oft weiß die größere Gemeinschaft nicht, wie sie die Ergebnisse interpretieren soll oder weiß nicht, wie viele Daten vorhanden sind.

„Wir ermutigen Forscher, diese Ressource zusammengestellter Studien zu nutzen, um ihre eigene Forschung zu rationalisieren, um unsere Identifizierung von Behandlungen zu beschleunigen. Von besonderem Interesse ist die Validierung von Biomarkern in der Hirnspinalflüssigkeit (CSF). Huntington-Forscher sollten weiterhin Daten aus diesen zusammengestellten Arbeiten sammeln, um ihre Ergebnisse zu untermauern. Schließlich sind zusätzliche Studien zum Vergleich von Kontroll- und HD-CSF erforderlich, um neue Biomarker für klinische Anwendungen zu entdecken und zu entwickeln.“

Die Huntington-Krankheit ist eine tödliche genetische neurodegenerative Erkrankung, die den fortschreitenden Abbau von Nervenzellen im Gehirn verursacht. Schätzungsweise 250,000 Menschen in den Vereinigten Staaten sind entweder mit der Krankheit diagnostiziert oder gefährdet. Zu den Symptomen gehören Persönlichkeitsveränderungen, Stimmungsschwankungen und Depressionen, Vergesslichkeit und beeinträchtigtes Urteilsvermögen, unsicherer Gang und unwillkürliche Bewegungen (Chorea). Jedes Kind eines Huntington-Elternteils hat eine 50-prozentige Chance, das Gen zu erben. Die Patienten überleben in der Regel 10 bis 20 Jahre nach der Diagnose.