Linkovi

Huda Zoghbi i Harry Orr: razumijevanje uzroka neurodegenerativnih oboljenja


Huda Zoghbi i Harry Orr (Izvor: Kavli Prize)

Norveška akademija nauka i književnosti dodijelila je prestižnu Kavli nagradu za neuronauku 2022. francuskom naučniku Jean-Louisu Mandelu te američkim naučnicima Harryju T. Orru, Christopheru A. Walshu i Hudi Y. Zoghbi za istraživanja genetičkih uzroka određenih neurodegenerativnih oboljenja.

Neurodegenerativna oboljenja: ataksije i Rettov sindrom

Kada razmišljamo o neurodegenerativnim oboljenjima, često se to svodi samo na sažaljevanje osoba koje imaju ove bolesti, ali bez stvarnog pokušaja razumijevanja prirode bolesti. Čak i u porodicama osoba pogođenih ovakvim bolestima ponekad nema razumijevanja.

Događa se da se roditeljima prebacuje da su oni „nekako krivi” jer su djeca od njih naslijedila neki „loš gen”. Međutim, nisu sve bolesti koje nastaju zbog gena ili nekih njihovih dijelova uvijek i nasljedne.

Ponekad se dešavaju takozvane promjene „de novo”, promjene koje nastaju kao nove, a ne naslijeđene. Ili se dogodi takva kombinacija genetičkog materijala koja nije postojala kod roditelja tako da dijelovi roditeljskog nasljednog materijala pojedinačno, kod roditelja, neće dati simptome, ali baš ta kombinacija hoće. Ili se radi o generacijskoj akumulaciji određenih promjena poput ponavljanja nekih dijelova gena i kada su ponavljanja kratka, ne dolazi do bolesti, ali kada ih je više, onda se bolest javlja.
Upravo se ovo desilo kod nekih neurodegenerativnih bolesti.

Od različitih tipova ataksija, miopatija, pa sve do sindroma poput Rettovog sindroma. Ovakve bolesti su rijetke, ali su devastirajuće po osobu pogođenu takvim mutacijama i cijelu okolinu. Najtužnija stvar kod nekih ovakvih bolesti, kao što je upravo Rettov sindrom, jeste to da se dijete rodi bez simptoma, i onda odjednom nakon godinu ili dvije dana počinje da se pojavljuje karakteristična klinička slika i roditelji mogu samo bespomoćno gledati kako dijete gubi jednu po jednu sposobnost i mogućnost pokreta.

Stoga su naučnici širom svijeta pokušali shvatiti uzroke ovih bolesti. Razumjeti bolje uzrok je korak bliže pronalaženju mogućnosti terapije. Onda kada znamo koji gen i koja njegova varijanta su uzrok oboljenja, zbog čega se ta varijanta razlikuje od gena osoba koje nemaju tu bolest, koju funkciju u organizmu ima protein koji taj gen kodira, tada postoji mogućnost i istraživati kako djelovati na mutirani gen ili njegov produkt, protein.

Proučavanje uzroka bolesti kao prvi korak da se može pomoći

„Studirala sam medicinu i kada sam sam započela specijalizaciju u dječijoj neurologiji, susrela sam se s djecom s neurološkim problemima kakav je Rettov sindrom i shvatila da je ovo jedna veoma teška oblast: djeca su imala probleme, a znali smo i da postoji rizik pojave novih slučajeva u porodicama i tada sam odlučila da želim istraživati ovu oblast, jer, možda, ako bih razumjela uzroke ovih bolesti, možda bih mogla i pomoći ovoj djeci i porodicama. Za mene, moje putovanje u nauku je bilo inspirisano mojim pacijentima”, govori dr. Huda Zoghbi Howard s Hughes Medical Institute i Baylor College of Medicine pri Texas Children´s Hospital u Houstonu.

Zoghbi je rođena Libanonka, porijeklom iz Bejruta, a u Sjedinjene Države došla je usred Libanonskog rata i na kraju se ono što je mislila da će biti kratko izbjeglištvo pretvorilo u naučnu karijeru u SAD. Pored rada na Rettovom sindromu, i, nakon dugog niza godina, otkrića uzroka ove bolesti, istakla se i u radu na spinocerebralnoj ataksiji i njenim uzrocima, zajednom s kolegom, dr. Harryjem Orrom. Ova saradnja između Zoghbi i Orra postala je doživotno prijateljstvo i potpora.

„Rettov sindrom me je inspirisao da krenem u istraživanja jer me je ovaj sindrom zaintrigirao. Djevojčice se rode zdrave, a ona se nakon dvije-tri godine stanje počne pogoršavati. Razvoj se usporava, dolazi do epileptičnih napada. Nisam vidjela ništa poput toga – ili imate degenerativnu bolest ili se rađate s problemom u razvoju. Ali da se rodite zdravi, a potom postepeno gubite sposobnosti je neobično. U Teksasu sam za kratko vrijeme početku karijere našla šest slučajeva u zdravstvenim kartonima, sve u Houstonu”, govori Zoghbi.

Zoghbi, Orr, Mandel, Walsh primaju Kavli Prize od kralja Haralda. (izvor: Kavli Prize)
Zoghbi, Orr, Mandel, Walsh primaju Kavli Prize od kralja Haralda. (izvor: Kavli Prize)

Ona je bila uvjerena da se radi o genetičkom oboljenju jer su sve pogođene osobe bile djevojčice i sve su imale isti tok bolesti. Problem je bio u tome što se ovo dešavalo slučajno, sporadično, samo po jedna djevojčica u porodici. Zato su svi smatrali da je teško da se radi o genetičkoj bolesti, ali onda nije bilo laboratorijskih alata koji bi naučnicima omogućili da istraže problem.

„Godine 1983. sam osnovala svoju laboratoriju i ništa od sadašnjih alata nije postojalo. Zato sam savjetovana da pronađem drugi projekat jer je zaista bilo nemoguće naći uzroke Rettovog sindroma. Tako sam započela rad na ataksiji. Mentor mi je rekao da izaberem problem koji me interesuje, a ja sam rekla kako me interesuju bolesti koje se nasljeđuju dominantno, gdje je jedna kopija gena mutirana, ali dominatna, te je samo ona dovoljna za razvoj bolesti”, nastavlja Huda Zoghbi.

Upravo je ova ideja rada na spinocerebralnoj ataksiji i dovela to toga da se putevi dr. Zoghbi i dr. Orra jednom ukrste, što se i dovesti do konačnog rješavanja zagonetke ove bolesti. Harry Orr je, inače, također imao neobičan naučno-istraživački put: od proučavanja prilagođavanja oka svjetlosti, preko molekularne imunologije do neuronauke. Imao je, mnogi bi rekli, šarolik put, ali sva ta istraživanja su mu u jednom trenutku bila korisna. Danas se bavi isključivo ataksijama.

„Gledajući unatrag, vjerujem da mi je diplomski studij pokazao koliko sam uživao proučavajući molekularne putove koji su u osnovi fizioloških procesa.", kaže Orr, američki genetičar s Univerziteta Minnesota, specijaliziran za neurodegenerativne bolesti.

„Huda mi je predložila saradnju i ja sam nakon kraće stanke pristao. Jasno je da je ovo bila najpametnija odluka koju sam donio u svojoj naučnoj karijeri”, prisjeća se Orr.

„Moj rad na glavnom kompleksu histokompatibilnosti i HLA (kompleks gena koji kodiraju proteine na površini ćelija zadužene za regulaciju imunološkog odgovora op.a) mi je omogućio dobijam grantove i održim laboratoriju i jednog dana neurolog Larry Schut je došao u moju laboratoriju, u njegovoj porodici ima spinocerebralne ataksije1 (SCA1). On je pokazao kako je bolest u njegovoj porodici genetički povezana s HLA kompleksom na kratkom kraku hromosoma 6 i tako sam zaključio da konačno mogu iskoristiti svoju ekspertizu u HLA i vratim se na neurologiju”, priča Orr.

S obzirom na Orrovo iskustvo i stručnost u korištenju HLA DNK sondi, Schut je smatrao da bi grupa mogla biti zainteresirana za korištenje HLA sondi za daljnje mapiranje i eventualnu izolaciju gena ataksije u njegovoj porodici.

„Ono što me je zaintrigiralo kada sam istraživao ovu bolest jeste to da je jedan drugi član porodice, koji je također bio neurolog, John Scott, primijetio je kako se klinička slika ove bolesti pogoršavala kako je gen prelazio s generacije na generaciju. To mi je bilo interesantno. Pokazalo se da je to zbog toga što se repeticija određenog dijela gena, koja uzrokuje bolest, produžava”, prisjeća se Orr kako je započeo mukotrpno istraživanje bolesti koje mu je na kraju i donijelo priznanje.

„Kod spinocerebralne ataksije viđamo ponavljanje jednog dijela (CAG triplet). Tako sam stupila u kolaboraciju s Harry Orrom, u radu na ataksiji“, dodaje Zoghbi.

Naime, kod ove bolesti jedan kodon, „riječ” za molekulu aminokiselina, molekula koje grade proteine, ponavlja se više nego što je normalno. Radi se o CAG (citozin-adenin-gvanin) tripletu koji kodira aminokiselinu glutamin.

Na taj način u molekuli proteina ima previše glutamina i to remeti funkciju proteina. Najmanje pogođene osobe imaju oko 25-30 ponavljanja tog dijela, a kada se javi više od 40 repeticija, bolest pokazuje simptome. To se komplikuje prisustvom prekida odjednog drugog seta genetičkih slova u repeticiji CAG dijelova. Teško je napraviti granicu i reći ovo je normalno, ovo je pogođeno bolešću. CAT prekid, koji kodira aminokiselinu histamin, može i duge repeticije pretvoriti u nepatogene, u zavisnosti od mjesta gdje se nalazi.

„Mi ne znamo još mnogo o tome, ali radi se o finom podešavanju .Još uvijek radimo na tome kako ekspanzija ponavljanja glutamina utječe na strukturu proteina”, dodaje Orr.

„Rad na ataksiji je održao moju laboratoriju, ali nisam prestala tražiti uzroke Rettovog sindroma. To je zaista bilo iscrpljujuće, dok gen nismo detektovali 1995“, nastavlja Zoghbi.

Radi se o MECP2 genu koji je bitan za normalnu funkciju nervnih ćelija.

„Tada smo krenuli istraživati šta ovaj gen radi, otkrili da je važan za ćelije mozga i počeli razumijevati kako bi se mogle raditi terapije i brzo naučili kako se mora biti veoma oprezan s ovim, jer ako dodate gen, možete poremetiti nešto. Shvatili smo da je nivo ovog gena veoma važan – ako se udupla, uzrokuje drugu bolest. Ta druga bolest se javlja kod ječaka i zove se MECP2 duplikacija.”

Shvaćeno je i zašto se Rettov sindrom pojavljuje kod djevojčica: naime, dječaci koji imaju poremećaj MECP2 umiru brzo nakon rođenja ili su mrtvorođeni. U većini slučajeva Rettov sindrom posljedica je mutacije na X hromosomu na kojem se nalazi MECP2 gen. Osobe ženskog spola imaju dva X hromosoma, no samo je jedan aktivan u pojedinoj ćeliji organizma te stoga neke ćelije mozga koriste zdrave gene sa zdravog X hromosoma.
Od toga i ovisi težina kliničke slike ovog sindroma – od toga koliki postotak ćelija ima i koristi normalnu verziju gena. Kod dječaka se ovo ne dešava, jer nemaju rezervni X hromosom. Funkcija MECP2 gena je toliko važna da ako dječak ima mutiranu verziju, neće preživjeti.

Istraživanje uzroka Rettovog sindroma bilo je mukotrpno i višedecenijsko. Međutim, upornost jedne naučnice da shvati zašto se javlja tako devastirajuća bolest u nadi da to otkriće može pomoći oboljelima i njihovim porodicama, urodilo je plodom. Zoghbi uvijek naglašava kako je iskrena želja za pomaganjem ljudima bila njen najveći motivacioni faktor u karijeri.

Važnost nauke u društvu

„Govoreći o važnosti nauke u društvo, jako mi je važna tema usko povezana s COVID-19 vakcinama. Kao naučnik, bio sam ponosan kako su brzo došle vakcine, što je potvrda pozitivnog doprinosa nauke društvu i to zaista pokazuje kako dobra nauka može biti moćna, donositi čovječanstvu dobro. Međutim, u mojoj vlastitoj zemlji ima dosta ljudi koji ne razumiju osnovne stvari o vakcinama, i šire glasine kako vakcine nisu efikasne. Kao naučnik, nalazim da je to veoma obeshrabrujuće. Iz slučaja pandemije vidimo kako je potrebno povezati nauku i javnost i jačati javno razumijevanje nauke”, ističe Orr.

Njegovo mišljenje dijeli i Zoghbi.

„Veoma sam zabrinuta time što je bilo dosta antinaučnog raspoloženja u toku pandemije i to je veoma opasno. Izgubili smo stotine hiljada života i mislim da je je dužnost sviju nas da donesemo nauku u javnost na pristupačan način i zaista objasnimo šta to radimo na način na koji obični ljudi mogu razumjeti i mogu vidjeti utjecaj te kako se nauka može koristiti da poboljša život”, govori dr. Zoghbi.

Ona smatra da je jedan od izazova je i to što ima dosta naučnih nalaza koji se ne mogu reproducirati. Ovo je poznato kao „kriza reproducibilnosti“ naučnih radova, a jedan od osnovnih postulata nauke je da se naučni eksperimenti mogu ponoviti i da će se, ako se ponove u istim uslovima, koji su kontrolisani, dobiti barem blisko slični rezultati.

„Dodavanje strogoće u nauku, da je ono što produciramo nešto što se može ponoviti, donosi više povjerenja javnosti i to je naša dužnost kao naučnika. Nekada se nešto ne može reproducirati s razlogom to je ok dok god donosimo istinu i umijemo razdvojiti ono što je stvarno čvrsto i ono što je možda confounder (op.a. varijabla u eksperimentu ili posmatranom fenomenu koja dovodi do zabune i možda pogrešnog zaključka, ako se ne detektuje kao takva)”, naglašava ona.

Osvrćući se na mogućnosti genskih terapija određenih bolesti, Zogbi naglašava i pitanje ravnoteže i oprez prilikom takvih terapija te problematici dostave terapija.

„Kada govorimo o zamjeni enzima, ne treba nam puno – mala količina će biti dovoljna. Izazov sada je dovođenje gena do svake ćelije, ako to treba. Jedan izazov, je, dakle doziranje, a drugi je to što niti jedan od do sada korištenih sistema dostave vam neće doći do više od 15% ćelija mozga i onda ovih 15% ćelija dobije previše, dok druge ne dobiju ništa ili veoma malo. Zato moramo razviti bolje terapije i bolje sisteme dostave”, konstatuje Zoghbi.

Nagrada Kavli prepoznala je inovativna naučna istraživanja – od otkrića CRISPR-Cas9 do otkrivanja gravitacijskih valova – koja mijenjaju naše razumijevanje velikog, malog i složenog. Vizija za nagradu Kavli dolazi od Freda Kavlija, norveško-američkog fizičara, poduzetnika i filantropa, koji je svoju cjeloživotnu fascinaciju naukom pretvorio u trajnu ostavštinu za prepoznavanje naučnih otkrića i za potporu temeljnom istraživanju.

Dodjeljuju se od 2008. godine i predstavljaju veliko preispitivanje naučno-istraživačkog rada. Neki naučnici koji su dobili ovu nagradu su u vrlo kratkom roku dobili i Nobelove nagrade, poput Kipa Thorna, Rainera Weissa, Emmanuelle Charpentier, Jennifer Doudna, Ardema Patapoutiana i Davida Juliusa.

Ona je bila uvjerena da se radi o genetičkom oboljenju jer su sve pogođene osobe bile djevojčice i sve su imale isti tok bolesti. Problem je bio u tome što se ovo dešavalo slučajno, sporadično, samo po jedna djevojčica u porodici. Zato su svi smatrali da je teško da se radi o genetičkoj bolesti, ali onda nije bilo laboratorijskih alata koji bi naučnicima omogućili da istraže problem.

XS
SM
MD
LG