Инструмент за молекулярно редактиране, достатъчно малък, за да бъде доставен в мозъка, спира производството на протеини, които причиняват прионови заболявания, рядка, но смъртоносна група от невродегенеративни разстройства.

Системата – известна като „свързана хистонова опашка за автоматично освобождаване на метилтрансфераза (CHARM)“ – променя „епигенома“, колекция от химически маркери, свързани с ДНК, които влияят на генната активност. При мишки CHARM заглушава гена, който произвежда вредните протеини, причиняващи прионови заболявания в повечето неврони в мозъка, без да променя генната последователност.

CHARM е първата стъпка към разработването на безопасно и ефективно „еднократно лечение“ за намаляване на нивата на болестотворни протеини, казва Маделин Уитакър, биоинженер в Университета на Пенсилвания във Филаделфия. Резултатите бяха обявени днесНаука 1публикувани.

„Системата се справя със значителни предизвикателства, пред които са изправени предишните системи за епигенетично редактиране“, казва Уитакър, придружавайки перспективна статия вНаукав съавторство. Те включват намаляване на токсичността на инструментите за редактиране и доставянето им до клетките, без да се компрометира тяхната ефективност, добавя тя.

Прионните заболявания се причиняват от неправилно нагънати прионови протеини (PrPs), които се слепват и унищожават невроните. Това може да доведе до състояния като фатален фамилен синдром на безсъние - рядко генетично заболяване, което пречи на хората да спят и води до смърт. Въпреки че прионните заболявания са нелечими, лекарствата, наречени антисенс олигонуклеотиди (ASOs), показват някои обещаващи резултати. Тези къси, едноверижни молекули се свързват с дефектни информационни РНК последователности и увеличават или намаляват протеиновата експресия. Предишни проучвания при мишки, заразени с неправилно нагънати версии на PrP, показват, че ASO намаляват експресията на тези протеини и удължават живота 2. Но лекарствата изискват множество инжекции за постигане на дългосрочен терапевтичен ефект и могат да доведат до странични ефекти като увреждане на черния дроб, казва Уитакър.

През 2021 г. Джонатан Вайсман, биохимик от Масачузетския технологичен институт в Кеймбридж, и неговият екип разработиха CRISPRoff 3– инструмент за редактиране, който добавя химичен етикет, наречен метилова група, към веригата на ДНК, което намалява генната активност, без да променя генома. Но инструментът не може да бъде доставен до мозъчните клетки, защото неговите генетични компоненти са твърде големи, за да се поберат в адено-асоцииран вирус (AAV) - общо средство за доставяне на генни терапии в клетките. „Истинското предизвикателство беше доставката“, казва Вайсман.

Нов редактор

За да решат това, Вайсман и неговият екип разработиха CHARM, който използва молекули, наречени протеини от цинков пръст, за да се насочи към целевите гени. Тези протеини са достатъчно малки, за да бъдат доставени в AAV вектор.

Изследователите модифицираха CHARM, за да набират и активират компоненти на ДНК метилтрансферази - молекули, открити в клетките, които прикрепят метилови групи към ДНК, причинявайки промяна в генната експресия. Това намалява токсичните ефекти, свързани с добавянето на молекули извън клетката, казва Вайсман. „Единственото нещо, което променихме в клетката, беше способността й да експресира прионовия протеин“, казва той.

Когато изследователите доставят CHARM в мозъците на здрави мишки, те откриват, че той намалява експресията на PrP в мозъка с повече от 80% - много над минималното ниво, необходимо за терапевтичен ефект. Weissman и неговият екип също проектираха CHARM да се изключва, след като приключи безшумната си работа, като му попречи да прави копия на себе си, което може да доведе до вредни странични ефекти.

Екипът зад CHARM включва Sonia Vallabh и нейния съпруг Eric Vallabh Minikel, прионни учени в Broad Institute на MIT и Харвардския университет в Кеймбридж. Vallabh наследи мутацията зад фаталния синдром на фамилна инсомния и преди дванадесет години Vallabh и Minikel смениха кариерата си, за да изследват лечението на болестта. Vallabh казва, че CHARM й носи „огромна увереност“. Тя добавя, че разработването на лекарства обикновено е бавно, но работата показва колко бързо могат да бъдат разработени нови подходи с правилния екип. „Мащабът на това, което можете да постигнете за кратък период от време, е невероятен“, казва Валаб. „Беше само преди две години и месец, когато за първи път представихме на Джонатан идеята да работим заедно и сега сме тук.“

CHARM също така има потенциала да лекува други заболявания, причинени от натрупването на абнормни протеини, като Паркинсон и Алцхаймер, добавя Вайсман. „Ние знаем, че епигенетичното заглушаване не работи за всеки ген, но за по-голямата част от гените“, казва той.

Джейкъб Гьол, изследовател, разработващ инструменти за редактиране на епигеноми в университета Райс в Хюстън, Тексас, е оптимист, че CHARM един ден ще се озове в клиниката. Но е необходима по-всеобхватна работа, за да се оцени как инструментът и промените, които създава, взаимодействат с генетичната машина на клетките, особено за по-дълги периоди от време, добавя той.

Следващата стъпка е да проучим как работи CHARM в AAV вектор, който може да се насочи към неврони в човешкия мозък. „Това е следващото голямо предизвикателство“, казва той.