Derleme makalesi

Nörogelişimsel Bozukluklarda Hastalık Mekanizmalarını Açıklama Yöntemleri

DOI:

10.3791/70127

⸱

6 Şubat 2026

 , 
1Department of Neurology, University of Maryland School of Medicine

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nörogelişimsel bozukluklarla yaşayan bireyler için hastalığı değiştiren tedavi seçenekleri sınırlıdır ve tedavisi yoktur. Bunu ele almak için hastalık mekanizmalarının tanımlanması ve yeni terapötik hedeflerin tanımlanması için çabalar gereklidir. Bu incelemede, bu çabalarda öncülük eden birkaç tekniği detaylandırıyoruz.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nörogelişimsel bozukluklar (NDD'ler) dünya genelinde 317 milyon çocuk ve genci etkiler. NDD'ler birden fazla organ sistemini etkileyen çeşitli bir bozukluk grubu olsa da, epilepsi, otizm spektrum bozukluğu (ASD) ve/veya zihinsel engellilik (ID) yaygın sonuçlardır. Ne yazık ki, NDD'ler için hastalık değiştirici tedavi ve tedavi yok. Ancak son zamanlarda, gen düzenleme, hücresel/moleküler testler ve kök hücre modelleri, NDD'nin temel nedenlerini derinlemesine anlamak, genetik varyantları kategorize etmek ve insan hastalık süreçlerini daha kesin şekilde modellemek için umut vadeden teknikler olarak ortaya çıkmıştır. Ayrıca, özellikle gen düzenleme gibi çeşitli teknikler zaten klinik başarı sağlamıştır. Bu derlemede, genetik varyantların işlevsel olarak doğrulanması için birkaç yeni yöntemi, NDD'lerin kök hücre modellerini ve yeni gen düzenleme yaklaşımlarını detaylandırıyoruz. Bu yöntemlerin anlaşılması ve uygulanması, NDD'ler için yeni hastalık mekanizmalarını ve terapötik hedefleri ortaya çıkarmak, ayrıca teknik yaklaşımların laboratuvardan kliniklere ilerlemesi için hayati öneme sahiptir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nörogelişimsel bozukluklar (NDD'ler) dünya genelinde 317 milyon çocuk ve genci etkiler1. Bu bozukluklar arasında serebral palsi, kırılgan X sendromu, Angelman sendromu ve tüberoz skleroz kompleksi gibi birçok hastalık yer alabilir. NDD'ler birden fazla organ sistemini etkileyen çeşitli bozukluklar grubu olmasına rağmen, epilepsi, otizm spektrum bozukluğu (ASD) ve/veya zihinsel engel (ID) sıkça ortaya çıkansonuçlardır. Gerçekten de, bir çalışma, Kenya'da epilepsi ve bilişsel, görme, işitme veya motor bozuklukları olan çocukların, NDD olmayangrup 1'dekiden 3 ila 4 kat daha fazla öldüğünü bildirdi.

NDD'lerin incelenmesinde bir paradigma değişimi, İnsan Genomu Projesi'nin 2003'te tamamlanmasıylagerçekleşti. Daha fazla ilerleme GWAS ile polijenik risk puanlarının tanımlanması ve 2013 yılında DSM-5 tarafından "nörogelişimsel bozukluklar"ın karakterizasyonusağlanmıştır 4. NDD'lerin genetik nedenlerinin anlaşılmasında anlamlı ilerleme olmasına rağmen, belirli NDD'ler için hedefli tedavi çok azdır ve bunlarla ilişkili ASD ve/veya ID için hastalık değiştirici tedaviler yoktur.

Bu derlemede tanımlanan gen düzenleme, elektrofizyolojik ve hücresel/moleküler testler ve yöntemler, NDD araştırmalarının ön saflarındadır. Tüm testleri kapsamlı şekilde ele almamış olsak da, bu yöntemler hastalık değiştirici tedavileri belirlemede en son yaklaşımları temsil etmektedir. Bir örnek, Deubiquitile Enzimleri (DUBs), proteinlerden ubiquitin çıkaran bir grup enzimdir. DUB'lerdeki mutasyonlar NDD'lerle bağlantılı olduğundan, onların modifikasyonunu hedeflemekNDD'ler için potansiyel bir tedavi olabilir 5,6. Ayrıca, GABAA reseptör alt birimi gibi devreler düzeyindeki yollar ve diğer kanalopatiler epilepsi, ASD ve ID7 ile ilişkili hastalık mekanizmalarını tanımlamak için sorgulanmaktadır. Bir diğer önemli yöntem olan CRISPR/Cas genom düzenlemesi (Şekil 1), genomu doğrudan değiştirerek yeni deneysel modeller oluşturmak ve yakın zamanda nadir genetikbozuklukları tedavi etmek için kullanılan güçlü bir araçtır 8,9,10. CRISPR araç seti genişlemeye devam etmekte ve CRISPRi (CRISPR Girişim/Inhibisyon), CRISPRa (CRISPR Aktivasyonu), prime edit ve base edit gibi dört yaklaşım etkili araştırma ve klinik yenilikler olarak ortaya çıkmıştır. Son olarak, bu makale indüklenmiş pluripotent kök hücrelerin (iPSC) kullanımındaki gelişmeleri detaylandırmaktadır. iPSC'ler ve bunların hücresel türevleri, araştırmacıların hasta kaynaklı hücreler 9,11,12 kullanarak birçok NDD'yi daha doğru modellemelerine olanak sağlamıştır. Önemli olarak, iPSC'lerden organoidlerin geliştirilmesi, birçok NDD'nin altında duran gelişim sürecinin, kemirgen modellerinden çok daha insan hastalıklarıyla ilgili bir şekildeincelenmesini mümkün kılmıştır 13,14.

Bu kısa inceleme, yukarıda tanıtılan teknikleri detaylandırır ve genişletir. Ayrıca, bu teknikleri kullanarak NDD'ler, mevcut literatürdeki boşluklar ve gelecekteki yönler hakkında daha fazla bilgi elde eden birkaç son çalışma da tartışılır.

İnceleme ve perspektif

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

İndüklenmiş pluripotent kök hücreler ve ilişkili deneysel paradigmalar

İndüklenmiş pluripotent kök hücreler, NDD'leri modellemek için güçlü bir sistem olarak ortaya çıkmıştır. Gerçekten de, iPSC modellerinde, insan beyin gelişimi sırasında gözlemlenenlere benzer ve kemirgen beyin gelişimi sırasında gerçekleşmeyen birçok gelişimsel süreçgerçekleşir 15. Bu nedenle, araştırmacılar, NDD'lerde hastalıkmekanizmalarını daha iyi anlamak için 2B kültürler, organoidler ve montaj modellerini diğer deneysel yöntemlerle birleştirmiştir.

Son zamanlarda, assembloidler Down sendromunun (DS) temel bir özelliğini modellemek için kullanılmıştır - fetal gelişim sırasında nörogenezinbozulması 16. Hem DS hiPSC'ler hem de izojenik euploid hiPSC'ler kullanılarak nörogenez, ardından nöronlara farklılaşma yapıldı. 85 gün sonra, hücre döngüsünü gözlemlemek için immünositokimya ve görüntüleme kullanıldı. DS sinirsel öncül hücrelerinin hücre döngüsünden çıkmadığını ve olgun nöronlara ayrılamadığını gözlemlediler; ayrıca hücre döngüsü kusurlarının nörojenik evreyi değiştirerek DS16'da nörogenezin bozulmasına yol açtığını buldular.

Birçok kök hücre modeli nöronlara odaklanmış olsa da, glial hücreler dahil diğer hücre tipleri NDD patolojisinde önemli bir roloynar 17. Son zamanlarda yapılan bir rapor, gliogenez ve astrositlerin fragile X sendromunda (FXS) rolüne odaklanmıştır. HiPSC'ler kullanılarak, astrosit öncül hücreleri kültürlenip kırılgan X haberci ribonükleerproteini 11'e sahip ön beyin spesifik astrositlere ayrıldı. Bu astrositlerin glikolitik ve mitokondriyal metabolizma düzensizliği olduğunu gözlemlediler. Aynı ekibin önceki çalışmaları da, FXS11,18 hastalarından türetilen nöronların aksiyon potansiyeli ateşlenmesini kontrol etmek için doğru mitokondri fonksiyonunun gerekli olduğunu göstermiştir. FXS'de astrosit metabolizması ve nöron ateşlenmesinin nasıl değiştiğini anlamak için daha fazla çalışma gerekse de, bu çalışmalar astrositlerin hem hastalık patolojisini yönlendirebileceğini hem de terapötik bir hedef olabileceğini göstermektedir.

Genom düzenleme

Francisco Mojica, 1990'ların başında prokaryotlar için uyarlanabilir bir bağışıklık sistemi olan CRISPR (Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats) keşfiyle genom düzenlemesinin temeliniattı. Bunun üzerine inşa olarak, Jennifer Doudna ve Emmanuelle Charpentier, CRISPR'in Cas9 endonükleazına bağlanarakgenleri seçici olarak izole edip değiştirdiği CRISPR/Cas9 adlı bir yöntemin öncüsü olmuştur. İlk CRISPR/Cas9 gen düzenleme çalışmalarının yayımlanmasından kısa bir süre sonra, araştırmacılar CRISPR/Cas sistemini yeni genomik bilgileri ortaya çıkarmak veya genleri benzersiz şekilde düzenlemek için manipüle etmeye başladılar. Yeni bir yöntem CRISPRi'dir - ilgi çekici bir genisusturmanın bir yolu olan 21,22. Katalize olarak inaktif Cas9 nükleazı cr- ve tracr-RNA'larla birlikte kullanılarak, RNA polimerazın promotora erişimi engellenir ve belirli bir gen veya genseti için gen ifadesi kapatılır 22,23. CRISPRi taramaları, NDD'ler için çeşitli risk genlerini belirlemek ve bu genlerde fonksiyon kaybıyla ilişkili fonksiyonel değişiklikleri belirlemek için kullanılmıştır. Örneğin, iPSC kaynaklı montajlarda yapılan yakın tarihli bir CRISPRi taraması, 425 NDD geninin internöron gelişimi üzerindeki etkisini değerlendirmiş ve birkaç aday genin kaybının sitoskelet ve endoplazmik retikulumyapısını etkilediğini ortaya koymuştur 24. Ayrıca, bir CRISPRi taraması, ASD risk geni olan ADNP kaybınınsinapslar 25'in mikrogliyal budama değişikliklerine yol açtığını ortaya koydu. Bu nedenle, CRISPRi taramaları NDD'de birkaç yakınsamak ve farklı hastalık mekanizması ortaya koymuştur.

CRISPRi'ye tamamlayıcı olarak, CRISPRa gen ifadesini artırmak için kullanılan bir araçtır. Bu teknik, katalize olarak inaktif bir Cas9'u transkripsiyonel aktivatörlere bağlayır ve rehber RNA tarafından hedef alınır. CRISPRa ayrıca, ASD ve NDD risk genlerinin aktivasyonunun hastalık fenotiplerini nasıl değiştirebileceğini anlamak için de kullanılmıştır. NDD fenotiplerini kurtarmak için CRISPRa kullanan çok az çalışma olsa da, CRISPRa büyük terapötik potansiyele sahip olabilir. Örneğin, yakın zamanda yapılan bir çalışma, ITGB3'ün aktivasyonunun (haplotinsuffisientliği ASD ile ilişkilidir) kemirgenlerde ağ fonksiyonunu ve ASD fenotiplerinikurtardığını göstermiştir 23. Gerçekten de, birçok NDD gen varyantı haploinyetsiflik nedeniyle hastalığa neden olur ve bu da CRISPRa'nın etkilenmemiş allelin hastalığı değiştirici bir şekilde ifade edilmesini artırmak için kullanılabileceği olasılığını artırır.

Baz düzenleme ve prime düzenleme, genom içindeki belirli nükleotidleri düzenlemek için CRISPR araç kutusunda hassas yöntemlerdir. Her ikisi de CRISPR/Cas910,26 gibi çift iplikli kırma (DSB) yerine tek bir DNA ipliğini parçalar. Temel düzenleme, standart CRISPR/Cas9 düzenlemesinden daha spesifik olsa da, prime düzenlemeye göre daha az uyarlanabilir ve bu nedenle çeviri açısından daha az önemlidir. Baz düzenlemenin verimliliği, nokta mutasyonları timin yerine sitozin veya guanin yerine adenin ve tam tersi olarak düzeltebilme yeteneğinde yatmaktadır 10. Bu nedenle, temel düzenleme yapabileceği mutasyon türleri açısından sınırlıdır. Bu nedenle, faydalı olmasına rağmen, yalnızca geçiş mutasyonları uygulanabilir, ekleme veya silme10. Ancak, prime düzenleme, birçok olası uygulaması olan son derece uyarlanabilir bir genom düzenleme biçimidir. Prime düzenleme, tek nükleotidlerde ekleme, silinme veya değişiklikleri kolaylaştırabilen ters transkriptaza ile eşleştirilmiş bir asal düzenleme rehber RNA (pegRNA) ve Cas9 nikazını kullanır. Ne yazık ki, teknik olarak daha karmaşık olduğu ve daha büyük gen değişiklikleri yapabildiği için, prime düzenleme baz düzenlemeye göre daha az verimli olabilir. Bu nedenle, her ikisi de tamamlayıcı araç olarak kullanılabilir ve nörogelişimsel bozukluklar için genomik düzenlemede faydalıdır. Prime düzenleme, nadir bir genetik rahatsızlığı olan bir hastayı tedavi etmek içinzaten kullanılmıştır 27 ve çocukluk dönemindeki dönüşümlü hemipleji modelinde hastalık fenotiplerini kurtarmada umut vaat ettiğinigöstermiştir 28.

Hücresel ve moleküler testler

NDD'ler, hücre fonksiyonunu farklı şekillerde etkileyen genetik varyantlartarafından oluşur (29,30,31). NDD'leri inceleyenlerin karşılaştığı büyük zorluklardan biri, belirli bir hasta varyantının hücrede zararlı bir fonksiyonel değişikliğe neden olup olmadığını nasıl belirledikleridir. Bu nedenle, belirli bir genetik varyantın hastalık açıp oluşturmadığını veya zararlı olup olmadığını hızlı ve doğru belirleyebilen testlere büyük ihtiyaç vardır. Umut vadeden yeni bir test, ubiquitin dekolte testi32'dir. Deubiquitile edici enzimler (DUB), proteinlerden ubiquitin çıkaran ve bozulmayı önleyen bir enzim grubudur. DUB'lar hem NDD'lerin potansiyel tedavileri hem de nedenleridir. Şu ana kadar, 12 DUB'deki mutasyonların NDD'lerle nedensel olarak ilişkili olduğu tespit edilmiştir; bunlar arasında Hao-Fountain sendromu, pseudo-TORCH sendromu, mikrosefali-kahiller malformasyon sendromu ve diğerleribulunmaktadır. Belirli hasta varyantlarının hastalıklara neden olup olmadığını belirlemek için, in vitro ubiquitin bölünme testleri, mutasyonları fonksiyonel olarak doğrulamak için DUB enzimatik aktivitesini ölçen altın standart haline gelmiştir. Bu yöntem, gen varyantlarının DUB'lar üzerindeki etkisini değerlendirmek için kullanılabilir. Yakın zamanda yapılan bir çalışma, X-bağlantılı zihinsel engel 105'te mutasyona uğramış bir DUB olan DUB Ubiquitin Spesifik Proteaz 27 (USP27X) üzerine odaklanmıştır. Araştırmacılar, rekombinant USP27X'in ekspresyonu ve saflaştırılması için bir yöntem ve in vitro ubiquitin zincir bölünme testi başarıyla gösterdiler. Bu yaklaşım, nöronlarda protein dönüşümünü düzenleyen enzimatik aktivitenin belirlenmesine olanak tanır ve bu nedenle sinaptik budama değişikliğinin altında yatan mekanizmaları, nörogelişimsel kritik dönemleri ve proteinfonksiyonunu 32 anlamada önemli olabilir. İlginç bir şekilde, DUB'lar ve hastalıktaki rolü hakkında yayımlanmış makalelerin azlığıdır ve bu nedenle bu testin tam uygulanabilirliği test edilmemiş ve daha fazla soruşturmaya açıktır.

Birçok NDD nadir hastalık olarak sınıflandırıldığından, varyantların klinik genetik tespiti, bu varyantlar üzerinde daha önce yayımlanmış klinik veya fonksiyonel çalışmaların olmaması nedeniyle gen değişikliklerini sıklıkla 'bilinmeyen anlamlı varyantlar' (VUS) olarak tanımlar. 7,33,34. Bu nedenle, bir VUS'un patojenik olup olmadığını hızlıca belirlemek için yapılan testler, NDD'lerin genetik nedenlerini belirlemek için çok önemlidir. Bir örnek GABAA reseptörlerindeki varyantlardır. GABAA reseptöründeki genetik varyantlar, genetik epilepsin başlıca nedenlerinden biridir ve birçok nöbet tipi ile gelişimsel epileptik ensefalopatilerle ilişkilidir 7,35. Yakın zamanda yapılan bir çalışma, GABAA reseptör alt birimlerini incelemiş ve varyantların hücre içinde fonksiyonel değişikliklere neden olup olmadığını çoklu modal bir yaklaşımla tespit etmeye çalışmıştır. In silico testler, VUS'u tanımlamak ve patojenik γ2 GABAA alt birim varyasyonlarını tahmin etmek için kullanıldı. Varyantların moleküler sonuçları tanımlandı ve yapısal, fizikokimyasal ve biyofiziksel belirteçleriiçerdi 7. Bu alanların her biri literatür analizi, in silico modelleme ve yama-kelepçe elektrofizyolojisi kullanılarak tanımlanmıştır. Bir referans bölgesi seçildikten sonra, GABAA reseptör aracılı inhibisyonun etkilerini test etmek için piramidal nöronal modelleme kullanıldı. İki ß3 alt birim mutasyonu (ß3N110D ve ß3T288N) ile iki γ2 alt birim mutasyonun GABAerjik inhibisyonu 7 bozduğunugözlemlediler. Bu protokol, çok modal bir yaklaşımın VUS'un patogenliğini belirlemede genellikle faydalı olduğunu gösterir. Yüksek verimlilik gerektirmese de, bu yaklaşım, özellikle elektrofizyolojik değişikliklerle ilişkili olanlar arasında varyantları (örneğin DUB'lar) işlevsel olarak doğrulamak için özel bir testi olmayan diğer NDD ilişkili VUS'lar için de faydalı olabilir.

Yenilikçi bir yaklaşım olmasa da, yama-kelepçe elektrofizyolojisi, nöronların elektriksel özelliklerini anlamada ve dolayısıyla genetik değişikliklerin nöronların temel özelliklerini nasıl etkilediğini anlamada altın standart olmaya devam etmektedir. NDD'lerle ilgili olanlarkanalopatiler 36'dır. Birçok kanalopati türü olmasına rağmen, SCN1A'daki varyantlar iyi incelenmiş ve Dravet sendromunun başlıca nedenidir - özellikle yıkıcı gelişimsel epileptikensefalopati 36. SCN1A varyantlarının fonksiyonel doğrulaması, otomatik yama-kelepçe ve in silico simülasyonların kombinatoryal yaklaşımıyla sağlanmıştır. Bu yaklaşımı kullanarak araştırmacılar, birkaç VUS'u çözebildi ve nöronlarla ilgili fonksiyonel değişikliklere dayalı genotip-fenotipkorelasyonları kurabildi 37. Benzer bir yaklaşımla yapılan ayrı bir çalışmada, iPSC modelleri otomatik yama-kelepçe elektrofizyolojisi ve in silico modellerle birlikte T-Tipi kalsiyumkanalları 38'deki gen varyantlarını sınıflandırmak için kullanılmıştır. Çeşitli nöronlarda Cav3.1'i kodlayan bir gen olan CACNA1G'a odaklanan CACNA1G, 18 Cav3.1 varyantı oluşturulacak şekilde mutasyona dönüştürüldü ve ardından geçici olarak nöronlara aktarıldı. Bunun ardından otomatik patch-clamp kayıtları alındı, ardından manuel patch-clamp ve hesaplamalı yaklaşımlar yapıldı. Otomatik yama-kelepçe ve manuel yama-kelepçenin benzer sonuçlar verdiğini ve hesaplamalı yaklaşımların belirli genetik varyantlar tarafından indüklenen fonksiyonel değişiklikleri tespitedebildiğini gözlemlediler 38. Hesaplamalı modeller, gen varyantlarının işlevsel sonuçlarını nispeten hızlı tahmin etme yolu sunarken, elektrofizyolojik yaklaşımlar zaman alıcı olmaya devam eder ve çok sayıda varyantı doğrulamaya çalışırken bu yaklaşımların faydasını sınırlayan son derece özel beceriler gerektirir.

Çok elektrotlu diziler (MEA'lar), küçük gruplar etrafında veya büyük hücre ağları arasında elektriksel aktiviteyi ölçmek için kullanılır. Bu yöntem, yama-kelepçe elektrofizyolojisinden çok hücreli modellere odaklanmasıyla farklıdır; yama-kelepçe ise tek bir kanal veya hücre39,40 üzerinde merkezlenir. Bu nedenle, MEA'lar farklı beyin bölgelerinin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğine dair içgörü sağlayabilir ve hastalıkları ağ ölçeğinde incelemek için kullanılabilir. Birçok çalışma, MEA'ları epilepsi ve ASD14,39 deneysel modellerini incelemek için kullanmıştır. MEA'ların temel özelliklerinden biri, farklı nöronal hücre türlerinin (örneğin, glutamaterjik nörronlar, GABAerjik internöronlar, progenitorlar ve glial hücreler) nasıl etkileşime girdiğini belirleyebilmeleridir.14. Bu da MEA'ları beyin montajlarını incelemek için mükemmel bir yaklaşım haline getirir. Pan ve arkadaşları tarafından yapılan bir çalışma, bu yöntemi nöronal ağ gelişimini incelemek için kullanmıştır. Yazarlar, önce virüsü olarak etiketlenen, ardından kültürlenerek assembloidler üreten sünnet fibroblast14'ten alınan insan pluripotent kök hücrelerini (hPSC) kullandılar. Daha sonra, montajlar MEA plakalarına yapıştırıldı ve14 tane kaydedildi. Önemli olarak, montajlar yaklaşık 50 gün boyunca stabilize edilip, kaydedilebildiği ve farmakolojik deneylere tabi tutulabildiği için, bu paradigma NDD'lerle ilişkili epilepsi tedavisinde terapötik ilaçların analizinde kullanılabilir. Gerçekten de, bu yaklaşım, nöronların ağ özelliklerindeki değişikliklerin bilinen veya şüphelendiği herhangi bir NDD'yideğerlendirmek için kullanılabilir 14.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

NDD'ler yıkıcı bozukluklar olabilir ve hedefe yönelik tedavileri az ve tedavisi yoktur. Gerçekten de, terapilerin çoğu hastalık semptomlarını yönetmeye yöneliktir (örneğin, epilepsi için nöbet karşıtı ilaçlar). Ancak, teknolojideki son gelişmeler, bilim insanlarının NDD'lerin  temel nedenlerini sorgulamalarına olanak tanıyan yeni gen düzenleme teknikleri, testler ve model sistemlerine yol açmıştır (Şekil 1). Bu inceleme, NDD'ler ve ilgili patolojiler için yeni tedaviler bulma çabalarının öncüslerinde yer alan bazı yaklaşımları detaylandırmıştır. Gen düzenleme teknikleri, araştırmacıların mutasyonları doğrudan hedefleyerek hastalık mekanizmalarını daha iyi anlamalarını ve hastaları hassas gen tedavisiyle tedavi etmesini sağlayacaktır. Yeni testler, genetik varyantların hızlı fonksiyonel sınıflandırılmasını sağlar ve kök hücre modelleri bilim insanlarının NDD'leri tetikleyen erken gelişim mekanizmalarını anlamalarını ve yeni tedavileri test etmesini sağlar. Bu incelemede detaylandırılan teknikler, NDD mekanizmalarını daha derinlemesine anlamak ve tedavi için yeni klinik yaklaşımlara yol açmak amacıyla gelecekteki çalışmaların yapılabileceği temel oluşturur. Alan gelişmeye devam ettikçe, gelecekteki çalışmalar, prenatal test, fetal tedaviler, yüksek içerikli görüntüleme ve farmakogenomik gibi teknikleri bu incelemede detaylandırılanlarla birleştirmelidir.

figure-results-1
Şekil 1: Teknik yaklaşımların temel güçlü ve zayıf yönlerinin özeti. Makalede detaylandırılan ve eşlik eden yöntemler koleksiyonlarında yer alan yöntemler özetlenmiştir. Her teknik için önemli bir güç ve zayıflık detaylandırılmıştır. Her teknik için temel bir referans yöntem sütununun altında sağlanmıştır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların beyan edecek çıkar çatışmaları yoktur.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Fonlama PHI'ye RO1NS131223 NIH NINDS tarafından sağlandı. Şekil 1 BioRender kullanılarak hazırlanmıştır.

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Global report on children with developmental disabilities. , https://www.unicef.org/media/145016/file/Global-report-on-children-with-developmental-disabilities-2023.pdf (2023).
  2. Martínez De Lagrán, M., Bascón-Cardozo, K., Dierssen, M. Neurodevelopmental disorders: 2024 update. Free Neuropathol. 20, (2024).
  3. International Human Genome Sequencing Consortium. Finishing the euchromatic sequence of the human genome. Nature. 431, 931-945 (2004).
  4. Diagnostic and statistical manual of mental disorders. , 5th ed, American Psychiatric Association. (2013).
  5. Jolly, L. A., Kumar, R., Penzes, P., Piper, M., Gecz, J. The DUB club: Deubiquitinating enzymes and neurodevelopmental disorders. Biol Psychiatry. 92, 614-625 (2022).
  6. Clague, M. J., Urbé, S., Komander, D. Breaking the chains: deubiquitylating enzyme specificity begets function. Nat Rev Mol Cell Biol. 20, 338-352 (2019).
  7. Arslan, A., Öz, P. Identification and classification of position-specific GABAA receptor subunit missense variants for their role in hippocampal pyramidal neurons. J Vis Exp. , e67833(2025).
  8. Cabré-Romans, J. J., Cuella-Martin, R. CRISPR-dependent base editing as a therapeutic strategy for rare monogenic disorders. Front Genome Ed. , 7(2025).
  9. Zhang, F., Wen, Y., Guo, X. CRISPR/Cas9 for genome editing: Progress, implications and challenges. Hum Mol Genet. 23, R40-R46 (2014).
  10. Matuszek, Z., Brown, B. L., Yrigollen, C. M., Keiser, M. S., Davidson, B. L. Current trends in gene therapy to treat inherited disorders of the brain. Mol Ther. 33, 1988-2014 (2025).
  11. Reddy, B. K., Annaiyappa, N., Bhattacharya, A., Chattarji, S., Pal, R. Generation and characterization of human induced pluripotent stem cell-derived astrocytes lacking fragile X messenger ribonucleoprotein. J Vis Exp. (220), e68081(2025).
  12. Ren, B., Dunaevsky, A. Modeling neurodevelopmental and neuropsychiatric diseases with astrocytes derived from human-induced pluripotent stem cells. Int J Mol Sci. 22 (4), 1692(2021).
  13. Meng, X., et al. Assembloid CRISPR screens reveal impact of disease genes in human neurodevelopment. Nature. 622, 359-366 (2023).
  14. Pan, T., et al. A multi-electrode array platform for modeling epilepsy using human pluripotent stem cell-derived brain assembloids. J Vis Exp. (211), e67396(2024).
  15. Wu, S. R., Nowakowski, T. J. Exploring human brain development and disease using assembloids. Neuron. 113 (8), 1133-1150 (2025).
  16. Sharma, V., Chhawari, H., Joshi, P., Nehra, S., Singhal, N. In vitro modeling of Down syndrome neurogenesis using human-induced pluripotent stem cells. J Vis Exp. (217), e67382(2025).
  17. Lee, K. M., et al. The application of human pluripotent stem cells to model the neuronal and glial components of neurodevelopmental disorders. Mol Psychiatry. 25, 368-378 (2020).
  18. Sharma, S. D., et al. Astrocytes mediate cell non-autonomous correction of aberrant firing in human FXS neurons. Cell Rep. 42, 112344(2023).
  19. Mojica, F. J. M., Garrett, R. A. Discovery and seminal developments in the CRISPR field. CRISPR-Cas systems: RNA-mediated adaptive immunity in bacteria and archaea. Barrangou, R., van der Oost, J. , 1-31 (2013).
  20. Doudna, J. A., Charpentier, E. Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science. 346, 1258096(2014).
  21. Enright, A. L., Heelan, W. J., Ward, R. D., Peters, J. M. CRISPRi functional genomics in bacteria and its application to medical and industrial research. Microbiol Mol Biol Rev. 88 (2), e00170-e00222 (2024).
  22. Kristof, A., et al. Engineering novel CRISPRi repressors for highly efficient mammalian gene regulation. Genome Biol. 26, 164(2025).
  23. Jaudon, F., Thalhammer, A., Zentilin, L., Cingolani, L. A. CRISPR-mediated activation of autism gene Itgb3 restores cortical network excitability via mGluR5 signaling. Mol Ther Nucleic Acids. 29, 462-480 (2022).
  24. Meng, X., et al. Assembloid CRISPR screens reveal impact of disease genes in human neurodevelopment. Nature. 622, 359-366 (2023).
  25. Teter, O. M., et al. CRISPRi-based screen of autism spectrum disorder risk genes in microglia uncovers roles of ADNP in microglia endocytosis and synaptic pruning. Mol Psychiatry. 30, 4176-4193 (2025).
  26. Liang, R., et al. Prime editing using CRISPR-Cas12a and circular RNAs in human cells. Nat Biotechnol. 42, 1867-1875 (2024).
  27. Musunuru, K., et al. Patient-specific in vivo gene editing to treat a rare genetic disease. N Engl J Med. 392 (22), 2235-2243 (2025).
  28. Benezra, D., et al. Bilateral optic nerve abnormalities associated with a 4-10 chromosomal translocation. Ophthalmic Paed Gen. 5 (3), 151-154 (1985).
  29. Prasad, D., Shukla, P. A comprehensive review on neurodevelopmental disorders. 12, 5(2025).
  30. Pinheiro, J., Honavar, M. F. Focal cortical dysplasia: updates. Indian J Pathol Microbiol. 65, S189-S197 (2022).
  31. Pejhan, S., Rastegar, M. Role of DNA methyl-CpG-binding protein MeCP2 in Rett syndrome pathobiology and mechanism of disease. Biomolecules. 11 (1), 75(2021).
  32. Koch, I., et al. Measuring enzymatic activity of neurodevelopmental disorder-associated deubiquitylating enzymes via an in vitro ubiquitin chain cleavage assay. J Vis Exp. (211), e67367(2024).
  33. Chen, E., et al. Rates and classification of variants of uncertain significance in hereditary disease genetic testing. JAMA Netw Open. 6, e2339571(2023).
  34. Al Eissa,, et al. Reclassifying variations of unknown significance in diseases affecting Saudi Arabia's population reveal new associations. Front Genet. 14, 1250317(2023).
  35. Maljevic, S., et al. Spectrum of GABAA receptor variants in epilepsy. Curr Opin Neurol. 32 (2), 183-190 (2019).
  36. Brunklaus, A., et al. Gene variant effects across sodium channelopathies predict function and guide precision therapy. Brain. 145 (12), 4275-4286 (2022).
  37. Knox, A. T., et al. Genotype-function-phenotype correlations for SCN1A variants identified by clinical genetic testing. Ann Clin Transl Neurol. 12 (3), 499-511 (2025).
  38. Davakan, A., et al. Electrophysiological classification of CACNA1G gene variants associated with neurodevelopmental and neurological disorders. Front Pharmacol. 16, 1613072(2025).
  39. McCready, F. P., et al. Multielectrode arrays for functional phenotyping of neurons from induced pluripotent stem cell models of neurodevelopmental disorders. Biology. 11, 316(2022).
  40. The practice of patch clamping. Patch clamping. , 95-114 (2002).

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Gen D zenlemeK k H cre ModelleriGenetik Varyant Do rulamasMolek ler AnalizlerH cresel AnalizlerOtizm Spektrum Bozuklu uEntelekt el YetersizlikEpilepsi

İlgili makaleler