Molekulaarne redigeerimistööriist, mis on piisavalt väike, et seda ajju toimetada, peatab prioonhaigusi põhjustavate valkude tootmise, mis on haruldane, kuid surmav neurodegeneratiivsete häirete rühm.

Süsteem – tuntud kui "ühendatud histooni saba metüültransferaasi (CHARM) automaatseks vabastamiseks" - muudab epigenoomi, DNA-ga seotud keemiliste märgiste kogumit, mis mõjutab geenide aktiivsust. Hiirtel vaigistas CHARM geeni, mis toodab kahjulikke valke, mis põhjustavad enamikus aju neuronites prioonhaigusi, muutmata geenijärjestust.

CHARM on esimene samm ohutu ja tõhusa "ühekordse ravi" väljatöötamise suunas, et vähendada haigusi põhjustavate valkude taset, ütleb Madelynn Whittaker, Philadelphia Pennsylvania ülikooli bioinsener. Tulemused avalikustati tänaTeadus 1avaldatud.

"Süsteem tegeleb oluliste väljakutsetega, millega seisavad silmitsi varasemad epigeneetilised redigeerimissüsteemid," ütleb Whittaker. perspektiivne artikkel sisseTeaduskaasautoriks. Ta lisab, et nende hulka kuulub redigeerimistööriistade toksilisuse vähendamine ja nende toimetamine rakkudesse ilma nende tõhusust kahjustamata.

Prioonhaigusi põhjustavad valesti volditud prioonvalgud (PrP), mis kleepuvad kokku ja hävitavad neuroneid. See võib viia selliste seisunditeni nagu fataalne perekondliku unetuse sündroom – haruldane geneetiline haigus, mis ei lase inimestel magada ja viib surmani. Kuigi prioonhaigused on ravimatud, on ravimid, mida nimetatakse antisenss-oligonukleotiidideks (ASO-d), andnud paljulubavaid tulemusi. Need lühikesed üheahelalised molekulid seonduvad vigaste RNA järjestustega ja suurendavad või vähendavad valgu ekspressiooni. Varasemad uuringud hiirtega, kes on nakatunud PrP valesti volditud versioonidega, on näidanud, et ASO-d vähendavad nende valkude ekspressiooni ja pikendavad eluiga. 2. Kuid ravimid vajavad pikaajalise terapeutilise toime saavutamiseks mitut süsti ja võivad põhjustada kõrvaltoimeid, nagu maksakahjustus, ütleb Whittaker.

2021. aastal töötas Cambridge'i Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi biokeemik Jonathan Weissman ja tema meeskond välja CRISPRoffi. 3– redigeerimistööriist, mis lisab DNA ahelale keemilise märgise, mida nimetatakse metüülrühmaks ja mis vähendab geenide aktiivsust ilma genoomi muutmata. Kuid tööriista ei saa ajurakkudesse toimetada, kuna selle geneetilised komponendid on liiga suured, et sobituda adeno-assotsieerunud viirusega (AAV), mis on tavaline vahend geeniteraapiate rakkudesse toimetamiseks. "Tõeline väljakutse oli kohaletoimetamine," ütleb Weissman.

Uus toimetaja

Selle lahendamiseks töötas Weissman ja tema meeskond välja CHARM, mis kasutab tsink-sõrmevalkudeks nimetatavaid molekule, et suunata end sihtgeenidesse. Need valgud on piisavalt väikesed, et neid AAV vektoris manustada.

Teadlased muutsid CHARMi, et värvata ja aktiveerida DNA metüültransferaaside komponente – rakkudes leiduvaid molekule, mis seovad DNA-ga metüülrühmad, põhjustades geeniekspressiooni muutusi. See vähendab toksilisi mõjusid, mis on seotud molekulide lisamisega väljastpoolt rakku, ütleb Weissman. "Ainus, mida me rakus muutsime, oli selle võime ekspresseerida prioonvalku, " ütleb ta.

Kui teadlased toimetasid CHARM-i tervete hiirte ajju, leidsid nad, et see vähendas PrP ekspressiooni kogu ajus rohkem kui 80% võrra – tunduvalt üle terapeutilise toime saavutamiseks vajaliku miinimumtaseme. Weissman ja tema meeskond kavandasid CHARMi ka pärast vaikse töö lõpetamist välja lülitada, takistades sellel teha endast koopiaid, mis võivad põhjustada kahjulikke kõrvalmõjusid.

CHARM-i meeskonda kuuluvad Sonia Vallabh ja tema abikaasa Eric Vallabh Minikel, priooniteadlased MIT-i laias instituudis ja Cambridge'i Harvardi ülikoolis. Vallabh päris surmaga lõppenud perekondliku unetuse sündroomi taga oleva mutatsiooni ning kaksteist aastat tagasi vahetasid Vallabh ja Minikel karjääri, et uurida haiguse ravimeetodeid. Vallabh ütleb, et CHARM toob talle "tohutu enesekindluse". Ta lisab, et ravimite väljatöötamine on tavaliselt aeglane, kuid töö näitab, kui kiiresti saab õige meeskonnaga uusi lähenemisviise välja töötada. "Lühikese aja jooksul saavutatava ulatus on uskumatu, " ütleb Vallabh. "Alles kaks aastat ja kuu tagasi esitasime Jonathanile idee teha koostööd ja nüüd oleme siin."

Weissman lisab, et CHARMil on potentsiaal ravida ka teisi haigusi, mis on põhjustatud ebanormaalsete valkude kogunemisest, nagu Parkinsoni tõbi ja Alzheimeri tõbi. "Me teame, et epigeneetiline vaigistamine ei tööta iga geeni, vaid enamiku geenide puhul, " ütleb ta.

Texase Houstonis asuva Rice'i ülikooli epigenoomi redigeerimise tööriistu arendav teadlane Jacob Goell on optimistlik, et CHARM jõuab ühel päeval kliinikusse. Kuid ta lisab, et on vaja põhjalikumat tööd, et hinnata, kuidas tööriist ja selle loodud muutused rakkude geneetilise masinaga suhtlevad, eriti pikema aja jooksul.

Järgmine samm on uurida, kuidas CHARM töötab AAV-vektoris, mis võib suunata inimese aju neuroneid. "See on järgmine suur väljakutse," ütleb ta.