Cr9orf72 Proteini ve Otoimmünite İlişkisi
Cem Hazır - Tıbbi Biyoloji A.B.D., Tıp Fakültesi, Hacettepe Üniversitesi, Yüksek Lisans
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) ve frontotemporal dementia (FTD) olarak bilinen iki nörodejeneratif hastalığın bilinen en yaygın temeli, Cr9orf72 olarak bilinen gende meydana gelen mutasyondan kaynaklanmaktadır. Bu mutasyon, altı bazın - 4 guanin bazını takip eden 2 sitozin bazı - DNA molekülü içerisinde defalarca kez tekrarlarmasını içermektedir.[1] Yapılan çalışmalar, tekrarlanan dizinin hücreler için toksik RNA ve proteinler ürettiği hipotezine odaklanmıştır. Bunun yanında, mutasyon, hastalığa katkıda bulunacak normal Cr9orf72 protein miktarını da düşürmektedir.
Nature dergisinde yayımlanan çalışmada, McCauley ve arkadaşları, azalmış Cr9orf72 fonksiyonunun bağışıklık sisteminde kusurlara neden olduğunu bildirmiştir.[2] Elde ettikleri bulgular, neden Cr9orf72 mutasyonuna sahip olan ALS ve FTD hastalarının otoimmün hastalıklarına yatkın olduklarını açıklar niteliktedir. Cr9orf72 proteininden yoksun olan fare suşları, ALS veya FTD benzeri özellikler göstermemekte, bunun yerine büyümüş dalak, lenf düğümleri ve bağışıklık sistemiyle ilişikili diğer kusurları sergilerlemektedir.[3,4] McCauley ve arkadaşları bu bağışıklık sistemi kusurlarının, bağışıklık hücrelerinin alt grubunda yer alan myleoid hücrelerindeki Cr9orf72 işlevinin kaybından kaynaklanabileceği hipotezini ortaya atmış ve bu hipotezi, Cr9orf72'nin myeloid hücrelerde silindiği ancak diğer tüm hücrelerde normal şekilde kaldığı bir fare suşu üreterek doğrulayabilmiştir. Bu fareler, orijinal C9orf72 eksikliği olan hayvanlarınkine benzer kusurlar sergilemiştir.
Çalışmanın devamında, Cr9orf72 kaybının bağışıklık sistemi kusurlarına tam olarak ne şekilde neden olduğunu araştırılmıştır. Cr9orf72'den tamamen yoksun farelerin bağışıklık hücrelerinden elde edilen RNA seviyeleri ölçülmüş, kontrollerle karşılaştırıldığında mutant hücrelerde hem tip I interferon-β proteinini, hem de interferonla uyarılan genleri kodlayan haberci RNA'larda çarpıcı bir artış bulunmuştur. Tip I interferonlar normalde, bağışıklık sisteminin aktivitesini değiştirerek enfeksiyonları önlemeye yardımcı olmak için vücuttan salgılanmaktadır. Bu nedenle bu bulgular, C9orf72 kaybının neden olduğu spesifik bağışıklık kusurunu - artmış bir tip I interferon yanıtı - tam olarak ortaya çıkarmıştır. Ardından, yabanıl tip ve C9orf72 mutant farelerden izole edilerek kültüre edilen bağışıklık hücreleri tip I interferon yanıtını tetikleyen farklı aktivatörlerle uyarılmış, siklik GAMP (cGAMP) haricindeki diğer tüm moleküller yabanıl tip ve mutant hücrelerde neredeyse aynı sonuçlara neden olmuştur. Fakat cGAMP, mutant hücrelerde tip I interferon yanıtının hiperaktivasyonuna neden olan molekül olarak belirlenmiştir. (cGAMP, bağışıklık sisteminin viral enfeksiyona karşı ilk savunma hattının bir parçası olarak hücre sitoplazmasındaki çift sarmallı DNA'yı algılayan cGAS-STING sinyal yolağının bir aktivatörüdür).[5]
C9orf72 fonksiyonunun kaybı neden STING proteinin aktivasyonunun artmasıyla sonuçlanmaktadır? STING proteini normal şartlarda otofaji yoluyla yıkılmaktadır ve bu sürecin düzenlenmesi C9orf72'nin fonksiyonlarından biridir. [6,7] Bu nedenle araştırmacılar, STING yıkımının C9orf72'nin mutant olduğu bağışıklık hücrelerinde bozulduğunu düşünmüştür (Şekil 1). Bu iddia desteklenerek, STING yıkımının, C9orf72'nin mutant olduğu kemik iliği hücrelerinde kontrol hücrelere göre geciktiği gösterilmiştir. Bu bulgular, STING aktivitesinin azaltılmasının C9orf72 ilişkili hasarı hafifletebileceği olasılığını ortaya çıkarmıştır. McCauley ve arkadaşları C9orf72'den yoksun farelerde ve hücrelerde, STING aktivitesini ilaçlar kullanarak veya STING'i kodlayan gende mutasyon meydana getirerek inhibe etmiştir. Bu yaklaşım, mutant farelerdeki tip I interferon yanıtını ve büyüyen dalak boyutunu normale döndürmeyi başarmış, bu nedenle, McCauley ve arkadaşlarının STING'i terapötik bir hedef olarak belirlenmesini sağlamıştır.[2]
Son olarak, araştırmacılar elde edilen bulguları ALS hastalarına uygulamış, C9orf72 mutasyonuna sahip ALS hastalarından elde edilen hücrelerle RNA sekanslaması yapılarak önceki bulgularla örtüşen, artmış tip I interferon yanıtı gözlemlenmiştir. Ayrıca, bu yanıtın yine STING tarafından kontrol edildiği, STING inhibitörleri kullanılarak artmış interferon 1 yanıtının hafifletilmesiyle gösterilebilmiştir. McCauley ve arkadaşlarının bulguları, farmakolojik olarak STING'i inhibe etmenin, ALS'li kişilerde otoimmünite riskini azaltabileceği olasılığını da heyecan verici bir biçimde ortaya koymaktadır.[2]
Toksik RNA'lar ve proteinlerin C9orf72 tekrarlarından kaynaklandığını öne süren birçok çalışma, bu toksik ürünlerin seviyelerini düşürmeye odaklanmaktadır. Örneğin, antisens oligonükleotidler preklinik çalışmalarda umut verici sonuçlar göstermiştir. [8] ALS'li kişilerde böyle bir molekülün klinik denemesi halen devam etmektedir. Deneme başarılı olursa, normal C9orf72 seviyesini artırmanın veya azalmış C9orf72 seviyesinin etkilerini azaltmanın - belki de STING yolağını hedefleyerek - ek faydalar sağlayıp sağlamayacağını görmek heyecan verici olacaktır.
Referanslar
1. Taylor, J. P., Brown, R. H., Jr, & Cleveland, D. W. (2016). Decoding ALS: from genes to mechanism. Nature, 539(7628), 197–206. https://doi.org/10.1038/nature20413.
2. McCauley, M. E., Rourke, J. G., Yanez, A., Markman, J. L., Ho, R., Wang, X., ... , Baloh, R. H. (2020). C9orf72 in myeloid cells supress STING-induced inflammation. Nature, 585, 96-101. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2625-x.
3. O'Rourke, J. G., Bogdanik, L., Yanez, A., Lall, D., Wolf, A. J., Muhammad, A. K., ..., Baloh, H. (2016). C9orf72 is required for proper macrophage and microglial function in mice. Science. 1324-1329.
4. Atanasio, A., Decman, V., White, D., Ramos, M., Ikiz, B., Lee, H, C., ..., Lai, K, V. (2016). C9orf72 ablation causes immune dysregulation characterized by leukocyte expansion, autoantibody production and glomerulonephropathy in mice. Nature Sci Rep 6, 23204 https://doi.org/10.1038/srep23204.
5. Ablasser, A., & Chen, Z. J. (2019). cGAS in action: Expanding roles in immunity and inflammation. Science. 363(6431). https://doi.org/10.1126/science.aat8657.
6. Prabakaran, T., Bodda, C., Krapp, C., Zhang, B. C., Christensen, M. H., Sun, C., ..., Paludan, S. R. (2018). Attenuation of cGAS-STING signaling is mediated by a p62/SQSTM1-dependent autophagy pathway activated by TBK1. The EMBO journal, 37(8). https://doi.org/10.15252/embj.201797858
7. Sullivan, P. M., Zhou, X., Robins, A. M., Paushter, D. H., Kim, D., Smolka, M. B., ..., Hu, F. (2016). The ALS/FTLD associated protein C9orf72 associates with SMCR8 and WDR41 to regulate the autophagy-lysosome pathway. Acta neuropathologica communications, 4(1),51. https://doi.org/10.1186/s40478-016-0324-5.
8. Lagier-Tourenne, C., Baughn, M., Rigo, F., Sun, S., Liu, P., Li, H. R., …, Ravits, J. (2013). Targeted degradation of sense and antisense C9orf72 RNA foci as therapy for ALS and frontotemporal degeneration. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 110(47), E4530–E4539. https://doi.org/10.1073/pnas.1318835110.