Hantingtona slimības proteoma pieradināšana: atbildes var sniegt masu spektrometrija

Hantingtona slimība

Masu spektrometrija ir kļuvusi par svarīgu analītisku instrumentu, lai labāk izprastu Hantingtona slimības (HD) pamatā esošos mehānismus, kā arī palielinātu slimības šūnu un dzīvnieku modeļu pieejamību. Šis pārskats, kas publicēts Hantingtonas slimības žurnāls, apkopo un apkopo datus no lielākajiem publicētajiem masu spektrometrijas pētījumiem, kas veikti HD pētījumos pēdējo 20 gadu laikā, identificējot svarīgas izmaiņas, kas notiek HD. Autori mudina pētniekus vairāk izmantot šos pētījumus, lai paātrinātu jaunu ārstēšanas metožu izstrādi.

HD ir reta neirodeģeneratīva slimība, ko izraisa mutanta Huntingtin (HTT) olbaltumvielu ekspresija, kas satur paplašinātu poliglutamīna traktu. Masu spektrometrija ir paņēmiens, kas pastāv vairāk nekā gadsimtu, lai izmērītu jonu masas un lādiņa attiecību, tomēr olbaltumvielas sarežģītos maisījumos, piemēram, audos, parasti netika analizētas, kamēr nebija pieejamas modernākas jonizācijas metodes.

Autori masu spektrometriju ir izskaidrojuši lielākajai daļai biologu saprotamā veidā. Lai gan šie pētījumi ir devuši daudz, noderīgu datu, HD jomas pētnieki nezināja, cik daudz šādu pētījumu ir veikti.

"Masu spektrometrijas izmantošanai ir vairākas priekšrocības," paskaidroja Kimberlija B. Kegela-Gleasona, Ph.D., MassGeneral Institute for Neurodegenerative Disease (MIND), Neiroloģijas nodaļa, Masačūsetsas Vispārējā slimnīca, Čārlstauna, MA, ASV. "Pirmkārt, tas ir objektīvi - zinātniekiem nav jāpatur prātā iepriekš izveidota ideja vai proteīnu kandidāti, kas atbrīvo mūsu aizspriedumu eksperimentu un ļauj mums identificēt izmaiņas, kuras mēs, iespējams, neiedomājāmies. Otrkārt, nesenie aparatūras sasniegumi ir atvieglojuši daudzu olbaltumvielu, tostarp jauktu paraugu ļoti zemu līmeni, noteikšanu. Visbeidzot, paplašinātās gēnu datubāzes, ko nodrošina visa genoma sekvencēšana, tagad ļauj precīzi “anotēt” ​​vai identificēt interesējošos proteīnus. ”

Tagad ir zināms, ka HTT ir daudz dažādu pēcpārdošanas modifikāciju (PTM). 2000. gadu sākumā masu spektrometriju izmantoja, lai identificētu Hap40 kā olbaltumvielu kompleksa daļu ar HTT. To izmantoja arī savvaļas tipa un HD proteomu atšķirību izpētei (proteoms ir izteikto olbaltumvielu kopums noteikta veida šūnās, audos vai organismā). Pēc šī pētījuma vairāki citi pētnieki veica veselus proteoma pētījumus gan cilvēka, gan peles HD modeļos. Daudzi pētnieki ir spēruši šo soli tālāk, lai izpētītu HTT interaktomu (olbaltumvielu un olbaltumvielu mijiedarbības tīkls), izmantojot masu spektrometriju, kā arī pārbaudīja pašu HTT, lai identificētu jaunus PTM.

Starp pārskatītajiem pētījumiem ir ievērojami 15 proteoma pētījumi, kuru mērķis bija noteikt izmaiņas ekspresijas līmeņos (uzdodot jautājumu "cik daudz olbaltumvielu ir?") Un pieci Interactome pētījumi, kuros tika aplūkotas izmaiņas HTT mijiedarbībā ar citiem proteīniem (uzdodot jautājumu " vai HTT vairāk vai mazāk mijiedarbojas ar olbaltumvielām? '). Šie pētījumi salīdzināja smadzeņu audus no dzīvnieku modeļiem un autopsijas audus no pacientiem ar HD, salīdzinot ar kontrolgrupām. Kas ir svarīgi, trīs pētījumos tika izmantots smadzeņu mugurkaula šķidrums no kontrolgrupām un pacientiem ar HD, cenšoties identificēt slimības progresēšanas biomarķierus. Viņi arī izceļ četrus pētījumus, kas identificēja Huntingtin proteīna posttranslācijas modifikācijas (molekulāros marķierus).

"HTT olbaltumvielu augšupejošā masas spektrometrijas pētījumi sniedz ārkārtīgi interesantu informāciju par fosforilēšanas statusu un citām HTT modifikācijām," atzīmēja līdzautors Connor Seeley, BS, Masačūsetsas Vispārējās slimnīcas, Čārlstaunas Neiroloģijas departamenta Šūnu neirobioloģijas laboratorija, MA, ASV. "Šo HTT proteoformu korelācijai ar funkcijām vajadzētu būt auglīgai, identificējot patoloģijas mehānismus, kurus var mērķēt uz iejaukšanos."

"Līdz šim, neskatoties uz publicēto darbu lielo skaitu, nav bijis līdzīgs visaptverošs pārskats, kas būtu koncentrēts uz HD masu spektrometrijas pētījumu rezultātiem," komentēja doktors Kegels-Glezons. “Šo svarīgo datu iegūšanai tika izmantots ievērojams pētniecības dolāru ieguldījums, tomēr bieži vien lielākā sabiedrība nezina, kā interpretēt secinājumus, vai nezina, cik daudz datu ir.

"Mēs mudinām pētniekus izmantot šo apkopoto pētījumu resursu, lai pilnveidotu savus pētījumus, lai paātrinātu mūsu ārstēšanas noteikšanu. Īpaša interese ir smadzeņu mugurkaula šķidruma (CSF) biomarķieru apstiprināšana. HD pētniekiem jāturpina iegūt datus no šiem apkopotajiem darbiem, lai atbalstītu viņu secinājumus. Visbeidzot, ir vajadzīgi papildu pētījumi, kuros salīdzināta kontrole un HD CSF, lai atklātu un izstrādātu jaunus biomarķierus klīniskām vajadzībām. ”

HD ir letāla ģenētiska neirodeģeneratīva slimība, kas izraisa smadzeņu nervu šūnu pakāpenisku sadalīšanos. Aptuveni 250,000 50 cilvēku Amerikas Savienotajās Valstīs ir diagnosticēta vai ir pakļauta slimībai. Simptomi ir personības izmaiņas, garastāvokļa maiņa un depresija, aizmāršība un pasliktināta spriešana, nestabila gaita un piespiedu kustības (horeja). Katram HD vecāku bērnam ir 10% iespēja pārmantot gēnu. Pacienti parasti izdzīvo 20 līdz XNUMX gadus pēc diagnozes noteikšanas.