Het proteoom van de ZvH temmen: massaspectrometrie kan antwoorden bieden

de ziekte van Huntington

Massaspectrometrie is naar voren gekomen als een belangrijk analytisch hulpmiddel om een ​​beter begrip te krijgen van de mechanismen die ten grondslag liggen aan de ziekte van Huntington (HD), naast de toegenomen beschikbaarheid van cel- en diermodellen van de ziekte. Deze recensie, gepubliceerd in de Dagboek van de Ziekte van Huntington, brengt gegevens samen van grote gepubliceerde massaspectrometriestudies die de afgelopen 20 jaar zijn uitgevoerd in ZvH-onderzoek en identificeert belangrijke veranderingen die optreden in de ZvH. De auteurs moedigen onderzoekers aan om meer gebruik te maken van deze onderzoeken om de ontwikkeling van nieuwe behandelingen te versnellen.

De ZvH is een zeldzame neurodegeneratieve aandoening die wordt veroorzaakt door de afwijkende expressie van gemuteerd Huntingtine (HTT) eiwit dat een uitgebreid polyglutaminekanaal bevat. Massaspectrometrie is een techniek die al meer dan een eeuw bestaat om de massa-tot-ladingsverhouding van ionen te meten, maar eiwitten in complexe mengsels zoals weefsels werden niet vaak geanalyseerd totdat modernere ionisatiemethoden beschikbaar kwamen.

De auteurs hebben massaspectrometrie uitgelegd in termen die voor de meeste biologen begrijpelijk zijn. Hoewel deze onderzoeken overvloedige, bruikbare gegevens hebben opgeleverd, wisten onderzoekers in het ZvH-veld niet hoeveel van dergelijke onderzoeken er zijn uitgevoerd.

"Het gebruik van massaspectrometrie heeft verschillende voordelen", legt Kimberly B. Kegel-Gleason, Ph.D., MassGeneral Institute for Neurodegenerative Disease (MIND), Department of Neurology, Massachusetts General Hospital, Charlestown, MA, VS, uit. “Ten eerste is het objectief: wetenschappers hoeven geen voorgevormd idee of kandidaat-eiwitten in gedachten te hebben, wat het experiment bevrijdt van onze vooroordelen en ons in staat stelt veranderingen te identificeren waar we misschien niet aan hadden gedacht. Ten tweede hebben recente ontwikkelingen in de hardware het gemakkelijker gemaakt om veel eiwitten te detecteren, inclusief die op zeer lage niveaus in een gemengd monster. Ten slotte maken uitgebreide gendatabases die worden geleverd door sequencing van het hele genoom nu nauwkeurige 'annotatie' of identificatie van de eiwitten van belang."

Van HTT is nu bekend dat het een grote verscheidenheid aan post-translationele modificaties (PTM's) heeft. In de vroege jaren 2000 werd massaspectrometrie gebruikt om Hap40 te identificeren als onderdeel van een eiwitcomplex met HTT. Het werd ook gebruikt om het verschil tussen wildtype en ZvH-proteomen te onderzoeken (een proteoom is de reeks tot expressie gebrachte eiwitten in een bepaald type cel, weefsel of organisme). Na deze studie hebben verschillende andere onderzoekers hele proteoomstudies uitgevoerd in zowel menselijke als muis ZvH-modellen. Veel onderzoekers zijn een stap verder gegaan om het HTT-interactoom (eiwit-eiwit-interactienetwerk) te onderzoeken met behulp van massaspectrometrie, en hebben ook HTT zelf onderzocht om nieuwe PTM's te identificeren.

Opmerkelijk onder de onderzochte onderzoeken zijn 15 proteoomonderzoeken die probeerden veranderingen in expressieniveaus te bepalen (de vraag stellen 'hoeveel eiwit is er?') en vijf Interactome-onderzoeken die gekeken hebben naar veranderingen in hoe HTT interageert met andere eiwitten (de vraag stellen ' interageert HTT min of meer met eiwitten?'). Deze studies vergeleken hersenweefsel van diermodellen en autopsieweefsel van patiënten met de ZvH vergeleken met controles. Belangrijk is dat drie studies hersenvocht van controles en patiënten met de ZvH gebruikten in een poging om biomarkers voor ziekteprogressie te identificeren. Ze belichten ook vier studies die posttranslationele modificaties (moleculaire markers) op het Huntingtine-eiwit identificeerden.

"Top-down massaspectrometrie-onderzoeken op het HTT-eiwit produceren buitengewoon interessante informatie over de fosforyleringsstatus en andere modificaties van HTT", merkte co-auteur Connor Seeley, BS, Laboratory of Cellular Neurobiology, Department of Neurology, Massachusetts General Hospital, Charlestown, op. MA, VS. "Het correleren van deze HTT-proteovormen met functies zou vruchtbaar moeten zijn bij het identificeren van mechanismen van pathologie waarop interventie kan worden gericht."

“Tot op heden is er, ondanks het grote aantal gepubliceerde werken, geen soortgelijke uitgebreide review geweest die gericht was op resultaten van ZvH-massaspectrometriestudies”, aldus Dr. Kegel-Gleason. “Er is een substantiële investering van onderzoeksdollars gebruikt om deze belangrijke gegevens te verkrijgen, maar vaak weet de grotere gemeenschap niet hoe de bevindingen moeten worden geïnterpreteerd of weet ze niet hoeveel gegevens er zijn.

"We moedigen onderzoekers aan om deze bron van verzamelde onderzoeken te gebruiken om hun eigen onderzoek te stroomlijnen om onze identificatie van behandelingen te versnellen. Van bijzonder belang is het valideren van biomarkers in cerebrale spinale vloeistof (CSF). ZvH-onderzoekers moeten doorgaan met het ontginnen van gegevens uit deze gecompileerde werken om hun bevindingen te ondersteunen. Ten slotte zijn aanvullende studies die controle en ZvH CSF vergelijken gerechtvaardigd om nieuwe biomarkers voor klinische toepassingen te ontdekken en te ontwikkelen."

De ZvH is een dodelijke genetische neurodegeneratieve ziekte die de progressieve afbraak van zenuwcellen in de hersenen veroorzaakt. Naar schatting 250,000 mensen in de Verenigde Staten zijn gediagnosticeerd met of lopen een risico op de ziekte. Symptomen zijn onder meer persoonlijkheidsveranderingen, stemmingswisselingen en depressie, vergeetachtigheid en verminderd beoordelingsvermogen, onvaste gang en onwillekeurige bewegingen (chorea). Elk kind van een ZvH-ouder heeft 50% kans om het gen te erven. Patiënten overleven meestal 10 tot 20 jaar na de diagnose.