A Teknologi skrining genetik baru Mengungkap bagaimana lusinan mutasi yang terkait dengan autisme mengubah nasib perkembangan sel-sel otak di organoid.

“Kami ingin menemukan langkah-langkah dalam perkembangan otak yang sangat rentan” terhadap mutasi genetik yang terkait dengan autisme, kata salah satu peneliti utama. Jürgen Knoblichprofesor biologi sintetik di Universitas Kedokteran Wina di Austria.

Pendekatan ini didasarkan pada teknologi Noblich Research Group dikembangkan Pada tahun 2020 untuk memeriksa gen yang terkait dengan mikrosefali untuk mengetahui kemampuannya mengganggu pertumbuhan sel. Dalam penelitian tersebut, tim menggunakan CRISPR untuk membuat serangkaian mutasi genetik pada sel induk manusia, menumbuhkan setiap sel induk menjadi organoid, dan menggunakan kode batang genetik unik untuk melacak mutasi yang terakumulasi di setiap sel.

Dalam karya baru mereka, yang diterbitkan pada bulan September di alamTim menggunakan pendekatan serupa untuk menghasilkan organoid manusia yang membawa mutasi pada 36 gen yang sangat terkait dengan autisme. Setiap sel mosaik mengandung satu mutasi.

“Ini pertama kalinya saya melihat begitu banyak gen diperiksa sekaligus dalam model yang sama,” katanya. Flora Vaksino, seorang profesor ilmu saraf di Universitas Yale, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. “Sungguh menakjubkan.”

Setelah organisme tersebut tumbuh selama empat bulan dan mengumpulkan ribuan sel pada setiap mutasi, Knoblich dan rekan-rekannya menggunakan pengurutan RNA sel tunggal untuk mengukur kelimpahan jenis sel individual.

COrganoid mulut biasanya menumbuhkan campuran neuron dan sel glial yang tersusun berlapis-lapis menyerupai yang terlihat di korteks serebral manusia. Para peneliti menemukan bahwa mutasi pada 24 dari 36 gen mengubah rasio neuron rangsang menjadi interneuron penghambat. Sekitar sepertiga dari mutasi tersebut mengurangi jumlah sel progenitor mesenkim, yang menimbulkan neuron rangsang di seluruh lapisan kortikal dan dianggap penting untuk mengintegrasikan informasi di seluruh wilayah otak.

“Masalah ketidakseimbangan ini tampaknya menjadi penyebab umum dalam patogenesis gangguan spektrum autisme,” kata Vaccarino.

Mutasi pada satu gen pada khususnya, ARID1BHasil ini, kata Knoblich, telah menghasilkan salah satu “temuan paling kuat dan menarik” pada organisme. Mutasi ARID1B menyebabkan lebih banyak sel dari biasanya menjadi prekursor oligodendrosit, yang Menghasilkan isolasi listrik sekitar neuron dan telah dikaitkan dengan autisme.

Studi tersebut menunjukkan bahwa organoid otak yang berasal dari dua orang dengan mutasi ARID1B menunjukkan peningkatan atipikal yang sama pada prekursor oligodendrosit seperti organoid yang dirancang oleh CRISPR. “Kami telah beralih dari skrining genetik ke merekrut pasien yang telah mengalami mutasi ini, dan saya sangat bangga bahwa kami dapat bergerak maju dalam hal ini,” kata Knoblich.

Mereplikasi temuan ARID1B pada organoid yang diturunkan dari manusia adalah langkah pertama menuju validasi terjemahan temuan penelitian ini ke otak manusia, kata Knoblich. Vaccarino menambahkan bahwa penelitian di masa depan harus terus meneliti lebih banyak orang yang memiliki serangkaian mutasi genetik lain yang terkait dengan autisme.

Ke-36 gen yang menjadi fokus tim Noblich terkait dengan regulasi transkripsional, yang mengontrol bagaimana sel merespons sinyal di dalam dan di luar sel. Namun banyak gen lain yang terkait dengan autisme terkait dengan pembentukan dan pemeliharaan koneksi antar neuron.

Pendekatan baru ini tidak hanya dapat mengatasi kumpulan gen ini, namun banyak gen lainnya, kata Knoblich. “Ini adalah teknologi yang sangat serbaguna. Kita dapat memasukkan daftar gen apa pun ke dalam sistem dan menggunakannya di organoid apa pun.”