Molekyylien muokkaustyökalu, joka on tarpeeksi pieni toimitettavaksi aivoihin, pysäyttää proteiinien tuotannon, jotka aiheuttavat prionisairauksia, jotka ovat harvinainen mutta tappava neurodegeneratiivisten sairauksien ryhmä.

Järjestelmä, joka tunnetaan nimellä "kytketyt histonihännät metyylitransferaasin (CHARM) automaattiseen vapauttamiseen", muuttaa "epigenomia", kokoelmaa DNA:han sitoutuneita kemiallisia merkkejä, jotka vaikuttavat geenien toimintaan. CHARM hiljensi hiirillä geenin, joka tuottaa haitallisia proteiineja, jotka aiheuttavat prionisairauksia useimmissa aivojen hermosoluissa muuttamatta geenisekvenssiä.

CHARM on ensimmäinen askel kohti turvallisen ja tehokkaan "kertaluonteisen hoidon" kehittämistä sairauksia aiheuttavien proteiinien vähentämiseksi, sanoo Madelynn Whittaker, bioinsinööri Pennsylvanian yliopistosta Philadelphiassa. Tulokset julkistettiin tänäänTiede 1julkaistu.

"Järjestelmä vastaa merkittäviin haasteisiin, joita aikaisemmat epigeneettiset muokkausjärjestelmät kohtaavat", sanoo Whittaker. perspektiiviartikkeli sisäänTiedemukana kirjoittamassa. Näihin kuuluu editointityökalujen myrkyllisyyden vähentäminen ja niiden toimittaminen soluihin vaarantamatta niiden tehokkuutta, hän lisää.

Prionisairauksia aiheuttavat väärin laskostuneet prioniproteiinit (PrP), jotka kasautuvat yhteen ja tuhoavat hermosoluja. Tämä voi johtaa sellaisiin tiloihin, kuten familiaalinen unettomuusoireyhtymä – harvinainen geneettinen sairaus, joka estää ihmisiä nukkumasta ja johtaa kuolemaan. Vaikka prionisairaudet ovat parantumattomia, lääkkeet, joita kutsutaan antisense-oligonukleotideiksi (ASO), ovat osoittaneet lupaavia tuloksia. Nämä lyhyet yksijuosteiset molekyylit sitoutuvat viallisiin lähetti-RNA-sekvensseihin ja lisäävät tai vähentävät proteiinin ilmentymistä. Aiemmat tutkimukset hiirillä, jotka ovat infektoituneet PrP:n väärin laskostetuilla versioilla, ovat osoittaneet, että ASO:t vähentävät näiden proteiinien ilmentymistä ja pidentävät elinikää 2. Mutta lääkkeet vaativat useita injektioita pitkän aikavälin terapeuttisen vaikutuksen saavuttamiseksi ja voivat johtaa sivuvaikutuksiin, kuten maksavaurioihin, Whittaker sanoo.

Vuonna 2021 Jonathan Weissman, biokemisti Massachusetts Institute of Technologysta Cambridgessa, ja hänen tiiminsä kehittivät CRISPRoffin 3– muokkaustyökalu, joka lisää DNA-juosteeseen kemiallisen tunnisteen, jota kutsutaan metyyliryhmäksi, mikä vähentää geenin aktiivisuutta muuttamatta genomia. Mutta työkalua ei voida toimittaa aivosoluihin, koska sen geneettiset komponentit ovat liian suuria mahtuakseen adeno-assosioituneeseen virukseen (AAV) - yleiseen välineeseen geeniterapioiden toimittamisessa soluihin. "Todellinen haaste oli toimitus", Weissman sanoo.

Uusi editori

Tämän ratkaisemiseksi Weissman ja hänen tiiminsä kehittivät CHARM, joka käyttää sinkkisormiproteiineiksi kutsuttuja molekyylejä ohjaamaan itsensä kohdegeeneihin. Nämä proteiinit ovat riittävän pieniä kuljetettavaksi AAV-vektorissa.

Tutkijat modifioivat CHARM:ia rekrytoimaan ja aktivoimaan DNA-metyylitransferaasien komponentteja – soluissa olevia molekyylejä, jotka kiinnittävät metyyliryhmiä DNA:han aiheuttaen geenin ilmentymisen muutoksen. Tämä vähentää myrkyllisiä vaikutuksia, jotka liittyvät molekyylien lisäämiseen solun ulkopuolelta, Weissman sanoo. "Ainoa asia, jonka muutimme solussa, oli sen kyky ekspressoida prioniproteiinia", hän sanoo.

Kun tutkijat toimittivat CHARM:ia terveiden hiirten aivoihin, he havaitsivat, että se vähensi PrP-ilmentymistä koko aivoissa yli 80 % – selvästi yli terapeuttiseen vaikutukseen vaadittavan vähimmäistason. Weissman ja hänen tiiminsä suunnittelivat myös CHARMin sulkeutuvan sen jälkeen, kun se on lopettanut hiljaisen työnsä, estäen sitä tekemästä itsestään kopioita, jotka voivat johtaa haitallisiin sivuvaikutuksiin.

CHARM-tiimiin kuuluvat Sonia Vallabh ja hänen miehensä Eric Vallabh Minikel, prionitutkijat Broad Institute of MIT:stä ja Harvardin yliopistosta Cambridgessa. Vallabh peri kohtalokkaan familiaalisen unettomuusoireyhtymän taustalla olevan mutaation, ja kaksitoista vuotta sitten Vallabh ja Minikel vaihtoivat uraa tutkiakseen taudin hoitoja. Vallabh sanoo, että CHARM tuo hänelle "valtavaa itseluottamusta". Hän lisää, että lääkekehitys on tyypillisesti hidasta, mutta työ osoittaa, kuinka nopeasti uusia lähestymistapoja voidaan kehittää oikean tiimin kanssa. "Lyhyessä ajassa saavutettavien asioiden mittakaava on uskomaton", Vallabh sanoo. "Ainoastaan ​​kaksi vuotta ja kuukausi sitten esitimme Jonathanille ajatuksen yhteistyöstä, ja nyt olemme tässä."

CHARMilla on myös potentiaalia hoitaa muita epänormaalien proteiinien kertymisen aiheuttamia sairauksia, kuten Parkinsonin ja Alzheimerin tautia, Weissman lisää. "Tiedämme, että epigeneettinen hiljentäminen ei toimi jokaiselle geenille, vaan suurimmalle osalle geeneistä", hän sanoo.

Jacob Goell, tutkija, joka kehittää epigenomin muokkaustyökaluja Rice Universityssä Houstonissa, Texasissa, on optimistinen, että CHARM päätyy jonain päivänä klinikalle. Mutta kattavampaa työtä tarvitaan sen arvioimiseksi, kuinka työkalu ja sen luomat muutokset ovat vuorovaikutuksessa solujen geneettisen koneiston kanssa, erityisesti pidemmän ajan kuluessa, hän lisää.

Seuraava askel on tutkia, kuinka CHARM toimii AAV-vektorissa, joka voi kohdistaa hermosoluihin ihmisaivoissa. "Tämä on seuraava suuri haaste", hän sanoo.