L'impatto di TMEM184B sullo sviluppo del cervello

La proteina transmembrana 184B (TMEM184B) è una proteina presente nelle cellule che gioca un ruolo fondamentale nel mantenere la salute delle cellule nervose. Le ricerche hanno dimostrato che quando questa proteina manca o non funziona correttamente, possono sorgere problemi nel sistema nervoso. Questi problemi sono stati studiati in animali come topi e mosche della frutta, dove la perdita di TMEM184B ha portato a problemi nella struttura del cervello e a un aumento dell'attività delle cellule nervose. Tuttavia, il suo ruolo nello sviluppo del sistema nervoso non è stato ancora completamente compreso.

Negli studi su embrioni di topo con mutazioni nel gene Tmem184b, i ricercatori hanno trovato un’attività ridotta in una via di segnalazione nota come Wnt, che è importante per lo sviluppo. Questo suggerisce che TMEM184B possa aiutare nella crescita e nella sopravvivenza delle cellule nervose durante lo sviluppo. Ma, i modi specifici in cui i problemi con TMEM184B influenzano lo sviluppo del cervello sono ancora sconosciuti.

#TMEM184B nelle cellule umane

La ricerca sugli effetti di TMEM184B nelle cellule umane è limitata. Quando gli scienziati hanno ridotto i livelli di TMEM184B in alcune linee cellulari di cancro, hanno notato che le cellule crescevano più lentamente nei test di laboratorio e quando impiantate nei tumori. Questo suggerisce che la proteina sia importante per la crescita delle cellule tumorali. Inoltre, i livelli di TMEM184B sono più alti in alcuni tipi di tumori e sembra che aiuti nel movimento delle cellule tumorali influenzando parti della struttura cellulare.

Studi genomici hanno collegato TMEM184B al rischio di cancro al seno, indicando una relazione tra i livelli della proteina e la crescita e sopravvivenza cellulare. Uno studio recente ha trovato un cambiamento genetico in una persona con specifici problemi cerebrali e convulsioni legati a TMEM184B, ma sono necessarie ulteriori evidenze di cambiamenti dannosi in questo gene negli umani.

Durante lo sviluppo del cervello, qualsiasi cambiamento nella crescita cellulare può portare a problemi seri, specialmente nelle fasi avanzate della gravidanza quando il cervello cresce rapidamente. Condizioni come la disgenesia del corpo calloso (un'area sotto sviluppata nel cervello) e convulsioni sono comuni nei bambini, spesso si verificano insieme. Queste condizioni potrebbero essere collegate a livello molecolare. La microcefalia, caratterizzata da una dimensione della testa più piccola del normale, può avere varie cause, inclusi fattori genetici. Studi genetici recenti hanno identificato diversi geni coinvolti nella crescita del cervello, molti dei quali sono relazionati alla crescita delle cellule nervose.

#Ruolo di TFEB nella cellula

I neuroni e le loro cellule precursore utilizzano sensori specifici per controllare i livelli di nutrienti e decidere quando crescere o cambiare. Un regolatore chiave in questo processo è il Fattore di Trascrizione EB (TFEB), che aiuta a controllare la produzione di geni legati al trattamento dei rifiuti cellulari. La posizione di TFEB nella cellula cambia a seconda dei livelli di nutrienti. Quando i nutrienti sono abbondanti, TFEB rimane nel citoplasma (il fluido all'interno della cellula) per impedirne l'attivazione dei geni target. Tuttavia, quando i nutrienti sono scarsi, TFEB si sposta nel nucleo della cellula, promuovendo la produzione di proteine necessarie per la degradazione dei materiali di scarto.

In alcune malattie, il normale movimento di TFEB è disturbato. Ad esempio, nei disturbi da accumulo lisosomiale, TFEB può accumularsi nel nucleo. Al contrario, in certi tipi di malattia dei neuroni motori, il suo ingresso nel nucleo è ridotto. Questo ha spinto gli scienziati a considerare l’aumento dell'attività di TFEB come un potenziale trattamento per le malattie neurodegenerative, aiutando a eliminare le proteine indesiderate.

#Identificazione delle varianti di TMEM184B

In questo studio, abbiamo trovato un gruppo di individui con nuove varianti nel gene TMEM184B. Queste varianti offrono l'opportunità di conoscere meglio la struttura della proteina, le sue funzioni e il suo impatto sulla salute. Utilizzando i pesci zebra come modello, abbiamo esaminato il ruolo dell'equivalente di TMEM184B nella crescita e nello sviluppo cerebrale.

Abbiamo testato diverse ipotesi su come queste varianti potrebbero influenzare la funzione di TMEM184B e abbiamo scoperto che gli impatti di questi cambiamenti genetici variano. Abbiamo anche analizzato come queste varianti influenzano la posizione della proteina TFEB, che potrebbe spiegare alcuni dei problemi osservati nei pazienti. I nostri risultati rivelano una nuova causa dei disturbi dello sviluppo cerebrale e offrono informazioni importanti sui rari problemi derivanti dalle modifiche di TMEM184B.

#Inclusione dei pazienti

Tutta la ricerca è stata condotta secondo linee guida etiche. I partecipanti sono stati identificati attraverso test genetici e sono state raccolte informazioni sulla loro storia medica. Un individuo ha accettato di fornire cellule per ulteriori studi, consentendo di raccogliere e utilizzare campioni di ricerca.

#Sequenziamento del genoma e previsione strutturale

Il sequenziamento del genoma è stato effettuato utilizzando tecniche moderne per analizzare il DNA di ciascun partecipante. Abbiamo stimato quanto siano comuni certi cambiamenti genetici nella popolazione usando un database genetico. Abbiamo utilizzato software per valutare come questi cambiamenti genetici potrebbero influenzare la struttura delle proteine prodotte da TMEM184B. Utilizzando un modello, abbiamo potuto prevedere come sarebbe apparsa e funzionata la proteina, oltre a come le varianti genetiche potrebbero cambiarne la struttura.

#Studio sui pesci zebra

I pesci zebra sono stati utilizzati per vari esperimenti perché si sviluppano rapidamente e il loro patrimonio genetico è simile a quello degli esseri umani. I pesci zebra adulti sono stati mantenuti in condizioni standard, e i loro embrioni sono stati cresciuti in condizioni acquatiche specifiche fino al momento dell’analisi.

Per capire la funzione di TMEM184B, abbiamo temporaneamente ridotto la sua espressione negli embrioni di Pesce zebra. Abbiamo iniettato una molecola per sopprimere il gene, poi abbiamo osservato la crescita e lo sviluppo dei pesci. Abbiamo monitorato cambiamenti nelle loro dimensioni e nella struttura, in particolare nella testa e nel corpo.

#Effetti delle varianti di TMEM184B

Abbiamo scoperto che interrompere TMEM184B nei pesci zebra ha portato a cambiamenti visibili nella loro crescita e sviluppo. Utilizzando varie misurazioni, abbiamo trovato che quando abbiamo ridotto i livelli di questa proteina, la dimensione della testa e del corpo dei pesci è diminuita in modo significativo. Questo dimostra che TMEM184B è essenziale per una crescita corretta.

Abbiamo anche esplorato l'impatto delle varianti umane di TMEM184B iniettando questi geni alterati nei pesci zebra. Alcune varianti hanno causato cambiamenti significativi nella dimensione dei pesci, indicando un forte effetto sullo sviluppo. Le varianti che non hanno portato a effetti evidenti nei pesci sono state considerate meno dannose.

#Esplorando gli effetti della perdita di funzione

Per indagare la perdita di funzione causata da certe varianti, abbiamo iniettato embrioni di pesce zebra con il gene TMEM184B normale insieme ai geni varianti. Abbiamo scoperto che il gene normale poteva ripristinare parzialmente la crescita e la dimensione della testa, mentre le varianti no. Questo ha indicato che alcune varianti potrebbero portare a una perdita di funzione nella proteina.

Abbiamo anche esaminato caratteristiche specifiche del cervello colorando i pesci zebra per determinate proteine. Abbiamo trovato differenze significative nella dimensione delle strutture cerebrali e nel numero di neuroni che si collegano attraverso la linea mediana. Questo dimostra che TMEM184B gioca un ruolo cruciale nello sviluppo delle connessioni neuronali.

#Effetti sulla vitalità cellulare

Per capire come le varianti di TMEM184B influenzano le cellule umane, abbiamo utilizzato una linea cellulare di laboratorio. Abbiamo introdotto varie forme di TMEM184B e monitorato come le cellule reagivano. Abbiamo trovato che la maggior parte delle varianti ha portato a una diminuzione del livello di espressione della proteina rispetto al TMEM184B normale.

Quando abbiamo esaminato la morte cellulare, abbiamo scoperto che le cellule che esprimevano certe varianti dei pazienti erano più propense a morire, soprattutto quando i livelli di nutrienti erano bassi. Questo suggerisce che queste varianti potrebbero compromettere la sopravvivenza cellulare.

#Impatto sulla funzione di TFEB

Data la connessione tra TMEM184B e TFEB, abbiamo esaminato come le varianti di TMEM184B cambiassero il comportamento di TFEB nelle cellule. Abbiamo trovato differenze significative nella posizione di TFEB nelle cellule che esprimevano varianti di TMEM184B rispetto a quelle con la proteina normale. Alcune varianti hanno portato a livelli aumentati di TFEB nel nucleo, mentre altre hanno causato una diminuzione.

Questo suggerisce che le varianti potrebbero interrompere le normali funzioni regolatorie di TMEM184B su TFEB, influenzando potenzialmente il modo in cui le cellule rispondono ai livelli di nutrienti e stress. Questa interruzione potrebbe contribuire ai problemi neuroevolutivi che vediamo nei pazienti con varianti di TMEM184B.

#Implicazioni cliniche

Dai nostri risultati, vediamo un chiaro legame tra le varianti di TMEM184B e i problemi nello sviluppo e nella funzione cerebrale. Tutti i pazienti esaminati in questo studio mostravano caratteristiche simili, come ritardi nello sviluppo e anomalie nella struttura cerebrale.

Alcune varianti causavano problemi più gravi di altre, con effetti sia sulle dimensioni del cervello che sulle connessioni neuronali. Questi risultati sono in linea con studi precedenti su modelli animali che hanno mostrato impatti significativi della perdita di TMEM184B sulle cellule nervose.

#Conclusione

In sintesi, la nostra ricerca dimostra come i cambiamenti nel gene TMEM184B possano portare a disturbi neuroevolutivi. Abbiamo trovato che le varianti di questo gene possono interrompere la funzione della proteina e influenzare processi essenziali nelle cellule nervose. Questo studio evidenzia l'importanza di TMEM184B nello sviluppo cerebrale e fornisce una base per ulteriori ricerche sul suo ruolo nella salute umana. Man mano che vengono identificate più varianti, sarà cruciale esplorare i loro effetti sulla salute individuale e su una comprensione neurologica più ampia.