Většinu rizikových variant pro duševní poruchy hledáme ve špatném stavu: v klidovém nebo posmrtném mozku, kde se jejich funkce vůbec neprojeví. 

Neuropsychiatrické poruchy jako schizofrenie nebo autismus patří mezi geneticky nejsložitější onemocnění. Stovky rizikových oblastí v genomu jsou identifikovány, přesto zůstávají konkrétní příčinné geny a varianty z velké části neznámé, mimo jiné proto, že většina dosavadních studií pracovala s tkání odebranou po smrti, v níž neuron prostě „nic nedělá". V nové práci Lianga a kol. z University of Chicago, publikované v aktuálním vydání časopisu Science, autoři tento problém adresují napřímo. 

Jak studie probíhala 

Výzkumníci použili dva typy neuronů (excitační a inhibiční) ze kmenových buněk (iPSC) od 100 dárců a pěstovali je společně s podpůrnými buňkami mozku. Tyto neurony pak aktivovali chemickou stimulací chloridem draselným (KCl), která napodobuje to, co mozek zažívá při skutečném prožitku: stresu, sociální zkušenosti nebo expozici různým látkám. Buňky byly sledovány ve třech časových bodech: před stimulací, jednu hodinu po ní (zachycení časné genové odpovědi) a šest hodin po ní (pozdní odpověď). V každém bodě autoři současně měřili aktivitu genů i stav chromatinu, tedy otevřenost DNA pro čtení, v téměř 651 000 jednotlivých jádrech. Součástí analýzy bylo i selektivní vypnutí vybraných regulačních genů pomocí technologie CRISPR, čímž bylo možné ověřit, zda počítačem předpovězené regulační sítě skutečně fungují. 

Co přinesly výsledky 

• Velká část rizikových genetických variant pro schizofrenii, bipolární poruchu a depresi prokazovala měřitelný vliv na expresi genů nebo přístupnost chromatinu pouze po aktivaci neuronu. V klidovém stavu zůstaly „tiché" a standardními přístupy by je nebylo možné zachytit. Integrace těchto aktivačně specifických dat s výsledky celogenomových asociačních studií (GWAS) odhalila na 48 kandidátních genů pro schizofrenii s vysokou pravděpodobností příčinnosti, přičemž většina z nich se projevila výhradně nebo převážně ve stimulovaném stavu. 

• Změny v přístupnosti chromatinu (tzv. caQTL) vysvětlovaly přibližně 25% dědičnosti schizofrenie, zatímco klasické expresní varianty (eQTL) jen kolem 10%. Jde o výrazný rozdíl ukazující, že regulační vrstva „kdy se gen může číst" nese více rizikové informace než samotná hladina exprese. Aktivačně specifické caQTL přitom vykazovaly jen minimální překryv s dosud publikovanými daty z posmrtného mozku, takže de facto představují novou vrstvu genetického rizika. 

• Aktivované neurony od pacientů se schizofrenií vykazovaly zvýšenou expresi genů pro syntézu cholesterolu, a to výhradně po stimulaci, nikoli v klidovém stavu. Jeden z konkrétních kandidátních genů, CPT1C, podílející se na neuronálním metabolismu lipidů a udržení synaptické aktivity, byl identifikován jako vysoce pravděpodobný příčinný gen schizofrenie právě v aktivovaném stavu (pravděpodobnost příčinnosti 0,93). Zároveň byly v aktivovaných neuronech od pacientů se schizofrenií nalezeny regulační faktory SREBF1 a SREBF2, klíčové přepínače syntézy cholesterolu, jejichž cílové geny se překrývají s rizikovými geny pro autismus. 

Limitem je, že model v laboratoři napodobuje nervovou aktivaci jen částečně. Zda se stejné dráhy zapínají v živém mozku při reálných podmínkách a v klinicky relevantní míře, bude třeba ověřit dalšími studiemi na zvířecích modelech a v prospektivních kohortách. 

Výsledky naznačují, že klíč k pochopení neuropsychiatrických poruch může ležet v procesech, které se spouštějí teprve tehdy, když neuron „pracuje". Cholesterolový a lipidový metabolismus jako potenciální terapeutický cíl je zatím na úrovni biologické hypotézy, nikoli klinického doporučení, ale jde o směr, který autoři podkládají konvergentními důkazy z více analytických rovin. Příští kroky míří k validaci identifikovaných genů v živých modelech a k ověření, zda léky cílící na metabolismus cholesterolu mohou ovlivnit průběh schizofrenie. 

Zdroje:
DOI: 10.1126/science.adw3949