Çalışma, APOE4 geni olan kişilerin neden daha yüksek riskli olduğunu ortaya koymaktadır.
APOE4 adı verilen bir gen varyantına sahip insanların, geç başlangıçlı Alzheimer hastalığını geliştirme riski daha yüksektir: APOE4, Alzheimer hastaları arasında genel popülasyondan üç kat daha yaygındır. Bununla birlikte, normalde metabolizma ve kolesterol gibi yağlı moleküllerin taşınmasıyla ilgilenen APOE geninin bu versiyonunun neden Alzheimer için daha yüksek risk oluşturduğu hakkında pek az şey bilinmektedir.
Bu soruya ışık tutmak için, MIT’li nörobilimciler APOE4 ve genin daha yaygın biçimi olan APOE3’ün kapsamlı bir çalışmasını yapmışlardır. Bu çalışma bir tür indüklenmiş insan kök hücresinden türetilen beyin hücrelerinin incelenmesidir. Araştırmacılar, APOE4’ün, Alzheimer hastalarının beyinlerinde görülen karakteristik plaklara neden olan beta amiloid proteinlerinin birikmesini teşvik ettiğini bulmuşlardır.
MIT’nin Picower Eğitim ve Öğrenme Enstitüsü’nün müdürü ve çalışmanın kıdemli yazarı Li-Huei Tsai.;
“APOE4, çalışmamızda Alzheimer patolojisinin, özellikle amiloid birikiminin gelişmesini kolaylaştırmak için çalışılan her hücre tipini etkiliyor” diyor.
Araştırmacılar, Alzheimer’ın beyin hücrelerinde APOE4 ile APOE3 varyantına dönüştürmek için genleri düzenleyerek işaretlerini kaldırabileceklerini buldular.
APOE4 proteinini eksprese eden insan hücrelerinden büyütülen mikroglia benzeri hücreler. (Araştırmacıların izniyle)
Amiloid Birikimi
Apolipoprotein E olarak da adlandırılan APOE, 2, 3 ve 4 olarak bilinen üç varyantta gelir. APOE, hücrelerin lipidleri emmesini sağlayan hücrelerin ortamlarında kolesterol ve lipitlere bağlanır. Beyinde, astrositler olarak bilinen hücreler daha sonra APOE yardımıyla nöronlar tarafından salgılanan lipitler üretirler.
Genel nüfus arasında, insanların yaklaşık yüzde 8’i APOE2, yüzde 78’i APOE3, yüzde 14’ü APOE4’tür. Bununla birlikte, geç başlangıçlı aileler arasında, tüm vakaların yüzde 95’ini oluşturan ailesel olmayan Alzheimer, profili çok farklıdır: Sadece yüzde 4’ünde APOE2 ve APOE3’lü yüzdelerde yüzde 60’a düşmektedir. APOE4 dramatik bir artış gösterir: Geç başlangıçlı Alzheimer hastalarının yüzde otuz yedi bu gen versiyonunu taşır.
Tsai, “APOE4, geç başlangıçlı, düzensiz Alzheimer hastalığı için en önemli risk genidir” diyor. “Ancak, buna rağmen, gerçekten üzerinde çok fazla araştırma yapılmadı. APOE4’ün neden hastalık riskini artırdığına dair hala iyi bir fikre sahip değiliz. ”
Önceki çalışmalar, APOE4 geni olan kişilerin daha yüksek seviyelerde amiloid proteinlerine sahip olduklarını, ancak bunun nedeninin çok az olduğunu göstermiştir.
Bu çalışmada, MIT ekibi, insan kaynaklı pluripotent kök hücreleri (deriden veya diğer hücre tiplerinden türetilen kök hücreler) kullanarak bu soruyu yanıtlamaya çalışmıştır. Çalışmada nöronlar, astrositler ve mikroglia olmak üzere üç farklı beyin hücresi türünü ayırt etmek için bu kök hücreleri uyardılar.
Gen-düzenleme sistemi CRISPR / Cas9 kullanılarak, araştırmacılar APOE3’ü sağlıklı bir denekten APOE4’e türetilen kök hücrelerde genetik olarak dönüştürdüler. APOE geni hariç hücreler genetik olarak aynı olduğundan, aralarında görülen herhangi bir farklılık bu gene atfedilebilir.
Nöronlarda araştırmacılar, APOE3 ve APOE4 eksprese eden hücrelerin yüzlerce genin ifadesinde farklı olduğunu buldular – yaklaşık 250 gen aşağı indi ve 190 APOE4 ile hücrelerde yükseldi. Astrositlerde, sayılar daha da yüksekti ve hepsi mikrogliada en yüksekti: APOE4 mikrogliyasında, 1100’den fazla gen, azaltılmış aktivite gösterdi, 300’ü ise daha aktif hale geldi.
Bu genetik değişiklikler, hücre davranışındaki farklılıklara da dönüştü. APOE4’lü nöronlar daha fazla sinaps oluşturdu ve daha yüksek seviyelerde amiloid proteini salgılarlar.
APOE4 astrositlerinde, araştırmacılar kolesterol metabolizmasının yüksek düzeyde düzensiz olduğunu bulmuşlardır. Hücreler APOE3 astrositleri olarak iki kat daha fazla kolesterol ürettiler ve amiloid proteinlerini çevrelerinden çıkarma yetenekleri önemli ölçüde bozuldu.
Mikroglia benzer şekilde etkilendi. Normal işlevi, amiloid proteinleri ve bakteriler gibi patojenler dahil olmak üzere yabancı maddeleri uzaklaştırmaya yardımcı olan bu hücreler, APOE4 genine sahip olduklarında bu görevde çok daha yavaş olmuştur.
Araştırmacılar ayrıca, bu etkilerin çoğunu geç başlangıçlı Alzheimer hastalığı olan bir hastadan uyarılan kök hücrelerden türetilen beyin hücrelerinde APOE4 genini APOE3’e dönüştürmek için CRISPR / Cas9’u kullanarak tersine çevirebileceklerini bulmuşlardır.
Hücre Davranışı
Başka bir deneyde, araştırmacılar, erken başlangıçlı Alzheimer’e neden olduğu bilinen genleri olan hücrelerden üç boyutlu “organoidler” veya minyatür beyinler yarattılar. Bu organoidlerin yüksek seviyelerde amiloid agregatları vardı, ancak APOE3 mikrogliaya maruz kaldıklarında, agregatların çoğu temizlendi. Aksine, APOE4 mikroglia agregatları verimli bir şekilde temizlemedi.
Tsai, APOE4’ün beyin hücreleri içerisindeki belirli sinyal yollarını bozabileceğine ve araştırmacıların bu çalışmada gördüğü davranış değişikliklerine yol açabileceğine inandığını söyledi.
Tsai, “Bu gen ifadesi profilinden APOE4 tarafından düzensizleştirilen belirli sinyal yollarına kadar daraltabiliriz” diyor. “Sanırım bu, terapötik müdahale için potansiyel hedefleri kesinlikle ortaya koyabilir”.
Bu 3B beyinde “organoid”, mikroglia benzeri hücreler kırmızı olarak etiketlenmiş, amiloid proteinlerini (yeşil) beyin dokusundan düzgün bir şekilde temizleyememektedir. (Araştırmacıların izniyle)
Bulgular ayrıca, genetik düzenleme teknolojisinin, birçok biyoteknoloji firmasının şu anda elde etmeye çalıştığı insanlarda işe yarayabiliyorsa, Alzheimer’ın APOE4 geni taşıyan hastalarını tedavi etmenin bir yolunu da sunabileceğini gösteriyor.
Tsai, “E4’ü E3’ten E3’e dönüştürebilirseniz, Alzheimer’in birleşik özelliklerinin çoğu azaltılabilir” diyor.
San Francisco’daki California Üniversitesi’ndeki bir nöroloji profesörü olan Li Gan, bulguların bilim adamları tarafından Alzheimer hastalığında APOE’nin rolüne önemli ölçüde katkıda bulunduğunu, özellikle de genin daha önceki çalışmalarının farelerde yapıldığını söylüyor.
Araştırmada yer almayan Gan, “APOE’nin önemi abartılmıyor” diyor. “Bu çalışma çok heyecan verici çünkü APOE4, Alzheimer hastalığının en baskın risk faktörüdür ve bu, insan hücrelerinde E3 ve E4’ü sistematik olarak karşılaştıran ilk çalışmadır.”
Araştırma, Kore Ulusal Araştırma Vakfı, Ulusal Sağlık Enstitüleri, Glenn Tıp Araştırmaları Vakfı, Robert A. ve Renee E. Belfer Ailesi Vakfı ve Cure Alzheimer Vakfı tarafından finanse edildi.
Kaynak:
Bu makaleyi 5 dakikada okuyabilirsiniz.
Moleküler Biyoloji ve Genetik
