Molekulární editační nástroj dostatečně malý na to, aby se dostal do mozku, zastavuje produkci proteinů, které způsobují prionová onemocnění, vzácnou, ale smrtelnou skupinu neurodegenerativních poruch.

Systém – známý jako „spojený histonový ohon pro automatické uvolňování methyltransferázy (CHARM)“ – mění „epigenom“, soubor chemických značek navázaných na DNA, které ovlivňují aktivitu genu. U myší CHARM umlčel gen, který produkuje škodlivé proteiny způsobující prionová onemocnění ve většině neuronů v mozku, aniž by se změnila sekvence genů.

CHARM je prvním krokem k vývoji bezpečné a účinné „jednorázové léčby“ ke snížení hladiny proteinů způsobujících onemocnění, říká Madelynn Whittaker, bioinženýrka z University of Pennsylvania ve Philadelphii. Výsledky byly vyhlášeny dnesVěda 1zveřejněno.

„Systém řeší významné problémy, kterým čelily předchozí epigenetické editační systémy,“ říká Whittaker, doprovázející an perspektivní článek vVědaspoluautorem. Mezi ně patří snížení toxicity nástrojů pro úpravy a jejich doručování do buněk, aniž by byla ohrožena jejich účinnost, dodává.

Prionová onemocnění jsou způsobena špatně poskládanými prionovými proteiny (PrP), které se shlukují a ničí neurony. To může vést ke stavům, jako je syndrom fatální rodinné insomnie – vzácné genetické onemocnění, které lidem brání spát a vede ke smrti. Ačkoli jsou prionová onemocnění nevyléčitelná, léky nazývané antisense oligonukleotidy (ASO) ukázaly některé slibné výsledky. Tyto krátké, jednovláknové molekuly se vážou na chybné sekvence messenger RNA a zvyšují nebo snižují expresi proteinu. Předchozí studie na myších infikovaných špatně složenými verzemi PrP ukázaly, že ASO snižují expresi těchto proteinů a prodlužují životnost 2. Ale léky vyžadují více injekcí k dosažení dlouhodobého terapeutického účinku a mohou vést k vedlejším účinkům, jako je poškození jater, říká Whittaker.

V roce 2021 Jonathan Weissman, biochemik z Massachusetts Institute of Technology v Cambridge, a jeho tým vyvinuli CRISPRoff 3– editační nástroj, který do řetězce DNA přidává chemickou značku zvanou methylová skupina, která snižuje aktivitu genu bez změny genomu. Tento nástroj však nelze dodat do mozkových buněk, protože jeho genetické komponenty jsou příliš velké na to, aby se vešly do adeno-asociovaného viru (AAV) – běžného prostředku pro dodávání genových terapií do buněk. „Skutečnou výzvou bylo doručení,“ říká Weissman.

Nový editor

Aby to vyřešil, Weissman a jeho tým vyvinuli CHARM, který používá molekuly zvané proteiny zinkových prstů, aby se nasměroval na cílové geny. Tyto proteiny jsou dostatečně malé, aby mohly být dodány ve vektoru AAV.

Výzkumníci modifikovali CHARM tak, aby získával a aktivoval složky DNA metyltransferáz - molekul nacházejících se v buňkách, které připojují methylové skupiny k DNA, což způsobuje změnu genové exprese. To snižuje toxické účinky spojené s přidáváním molekul zvenčí buňky, říká Weissman. "Jediná věc, kterou jsme v buňce změnili, byla její schopnost exprimovat prionový protein," říká.

Když vědci dopravili CHARM do mozků zdravých myší, zjistili, že snížilo expresi PrP v mozku o více než 80 % – hodně nad minimální úroveň potřebnou pro terapeutický účinek. Weissman a jeho tým také navrhli CHARM tak, aby se po dokončení tiché práce vypnul a zabránil mu ve vytváření kopií sebe sama, které by mohly vést ke škodlivým vedlejším účinkům.

Tým stojící za CHARM zahrnuje Sonia Vallabh a její manžel Eric Vallabh Minikel, prionoví vědci z Broad Institute of MIT a Harvard University v Cambridge. Vallabh zdědil mutaci za smrtelným syndromem rodinné insomnie a před dvanácti lety Vallabh a Minikel změnili kariéru, aby zkoumali způsoby léčby této nemoci. Vallabh říká, že CHARM jí přináší „obrovskou důvěru“. Dodává, že vývoj léků je obvykle pomalý, ale práce ukazuje, jak rychle lze se správným týmem vyvinout nové přístupy. „Rozsah toho, čeho můžete dosáhnout za krátkou dobu, je neuvěřitelný,“ říká Vallabh. "Před dvěma lety a měsícem jsme poprvé představili Jonathanovi myšlenku spolupráce a teď jsme tady."

CHARM má také potenciál léčit další nemoci způsobené nahromaděním abnormálních proteinů, jako je Parkinsonova a Alzheimerova choroba, dodává Weissman. "Víme, že epigenetické umlčování nefunguje pro každý gen, ale pro většinu genů," říká.

Jacob Goell, výzkumník vyvíjející nástroje pro úpravu epigenomu na Rice University v Houstonu v Texasu, je optimistický, že CHARM jednoho dne skončí na klinice. Je však zapotřebí komplexnější práce, abychom vyhodnotili, jak nástroj a změny, které vytváří, interagují s genetickým aparátem buněk, zejména po delší dobu, dodává.

Dalším krokem je studium toho, jak CHARM funguje ve vektoru AAV, který může cílit na neurony v lidském mozku. "Toto je další velká výzva," říká.