Új fehérjemarker ALS és frontotemporális demencia diagnózisára

A Science Translational Medicine folyóiratban január 26-án jelent meg a National Institutes of Health (NIH) kutatóinak cikke, amelyben abnormális fehérjéket sikerült kimutatni amiotrófiás laterálszklerózisban (ALS) és frontotemporális demenciában (FTD) szenvedő emberek agy-gerincvelői folyadékában, ami a jövőben segíthet ezen betegségek diagnózisának javításában. A szóban forgó fehérjék úgynevezett “rejtélyes” (cryptic) exonokból, más néven pszeudoexonokból épülnek fel. Az exonok a DNS olyan régiói, melyek nem vágódnak ki az mRNS-ből, a rejtélyes exonok pedig akkor keletkeznek, amikor a TDP-43, az RNS feldolgozását szabályozó fehérje abnormálisan működik. A TDP-43 diszfunkciója összefügg az ALS-sel, az FTD-vel, az Alzheimer-kórral és a limbikus rendszerrel asszociált TDP-43 enkefalopátiával (LATE; Limbic Associated TDP-43 Encephalopathy).

A mostani vizsgálat kimutatta, hogy ezek a téves splicing során képződő RNS-szakaszok néha új fehérjéket képesek létrehozni a rosszul kódolt szekvenciából. (A splicing az a folyamat, amikor a transzkripció során az mRNS-be átíródott nem-kódoló szakaszok, az intronok kivágásra kerülnek, hogy a fehérjék képződésének helyére, a riboszómára már csak a kódoló szekvencia jusson el.) Normális esetben a TDP-43 az RNS feldolgozásának szabályozásával segíti a fehérjék termelését. A megfelelő működéshez a TDP-43-nak a sejtmagban kell maradnia, ahol a DNS is található. Az ALS-ben és más neurodegeneratív betegségekben azonban a TDP-43 kiszivárog a sejtmagból, és helyette rendellenes csomókat képez a citoplazmában.

“Kimutattuk, hogy a TDP-43 patológiája miatt az agysejtek több száz RNS splicing folyamatát hibásan hajtják végre, illetve azt is, hogy ezeknek az RNS-eknek némelyike olyan új fehérjékké alakul át, amelyek normális esetben elő sem fordulnának az egészséges sejtekben” - nyilatkozta Dr. Michael Ward, a cikk társszerzője. “Ez a felfedezés lehetővé teheti olyan érzékeny diagnosztikai tesztek jövőbeli kifejlesztését, amelyekkel a TDP-43 patológiája élő betegekben kimutatható - jelenleg még csak boncolást követően tudjuk ezeket azonosítani.”

Az ALS és a kapcsolódó betegségek diagnosztizálása a jelenlegi klinikai gyakorlatban kihívást jelent. Még nem létezik egyetlen olyan teszt, amely pontosan lenne képes diagnosztizálni az ALS-t vagy az FTD-t, a megfigyelhető tünetek pedig nagyon hasonlóak lehetnek más betegségek tüneteihez. A rendellenességek diagnosztizálásához az orvosok fizikai vizsgálatot végeznek, felmérik a személy tüneteit, agyi képalkotó vizsgálatokat végeznek, és hosszas differenciáldiagnózist végeznek, több különböző teszttel zárják ki a hasonló tüneteket mutató betegségeket.

A TDP-43 patológiája az ALS-ben szenvedő betegek majdnem mindegyikénél és az FTD-ben, valamint az Alzheimer-kórban szenvedő betegek nagyjából felénél is megfigyelhető. A jelenlegi módszerek azonban nem képesek kimutatni vagy mérni a TDP-43 patológiáját élő betegekben, ami akadályozza a pontos diagnózisok felállítását és a terápia fejlesztését.

Az általában valamilyen mutáció útján keletkező rejtélyes exonok jelenléte destabilizálja és lebontja az RNS-transzkriptumokat, vagyis a gén átírása során keletkező RNS-szálakat. Ez régóta ismert volt, de a mostani tanulmány jelentősége abban áll, hogy eddig nem vizsgálták annak lehetőségét, hogy egyes rejtélyes exonok átiratai nem degradálódnak, hanem tartósan megmaradó új fehérjéket hoznak létre.

A kutatócsoport a mostani vizsgálat során a neurodegeneratív betegségeket modellező indukált pluripotens őssejtek (iPSC; induced pluripotent stem cells) segítségével egy “rejtélyes exon katalógust” hozott létre, és 65 olyan peptidet tudott azonosítani, amelyek 12 különböző rejtélyes exonból származnak. Később ugyanezeket a rejtélyes exonokat azonosították ALS és FTD betegségekben szenvedő emberektől vett post mortem agymintákban, az egészséges személyektől származó szövetmintákból viszont ezek hiányoztak. Azt is sikerült kimutatni, hogy ezek a fehérjék a szervezet más proteinjeivel kölcsönhatásba lépve képesek megváltoztatni azok normál működését. A szerzők felvetették annak lehetőségét is, hogy ezeket az új fehérjéket immunrendszerünk idegennek tekintheti, és ezáltal gyulladást válthat ki, ami hozzájárulhat a neurodegeneráció progressziójához. 

Végül a kutatócsoport ALS/FTD spektrumzavarban szenvedő betegek agy-gerincvelői folyadékát vizsgálva 18 olyan új fehérjét azonosított, amelyeket 13 génhez köthető rejtélyes exonok kódolnak. Ezek a fehérjék a korai diagnózist is lehetővé tehetik, illetve klinikai vizsgálatokban a terápiás választ tükröző biomarkerekként is szolgálhatnak majd.

Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:

Abnormal proteins found in the spinal fluid of people with ALS and frontotemporal dementia

Mis-spliced transcripts generate de novo proteins in TDP-43-related ALS/FTD

Irodalmi hivatkozás:

Sahba Seddighi et al, Mis-spliced transcripts generate de novo proteins in TDP-43-related ALS/FTD, Science Translational Medicine (2024). DOI: 10.1126/scitranslmed.adg7162