Egy molekuláris szerkesztő eszköz, amely elég kicsi ahhoz, hogy bejusson az agyba, leállítja a prionbetegségeket okozó fehérjék termelődését, ami a neurodegeneratív rendellenességek ritka, de halálos csoportja.

A rendszer – amelyet „a metiltranszferáz (CHARM) automatikus felszabadulására szolgáló csatolt hiszton farokként” ismert – megváltoztatja az „epigenomot”, a DNS-hez kötött kémiai címkék gyűjteményét, amelyek befolyásolják a génaktivitást. Egereknél a CHARM a génszekvencia megváltoztatása nélkül elhallgattatta azt a gént, amely az agy legtöbb neuronjában prionbetegségeket okozó káros fehérjéket termel.

A CHARM az első lépés egy biztonságos és hatékony "egyszeri kezelés" kifejlesztése felé, amely csökkenti a betegséget okozó fehérjék szintjét, mondja Madelynn Whittaker, a philadelphiai Pennsylvaniai Egyetem biomérnöke. Az eredményeket ma hirdették kiTudomány 1közzétett.

„A rendszer megbirkózik a korábbi epigenetikus szerkesztőrendszerek jelentős kihívásaival” – mondja Whittaker, perspektíva cikk beTudománytársszerzője. Ezek közé tartozik a szerkesztőeszközök toxicitásának csökkentése és a sejtekbe való eljuttatása anélkül, hogy ez veszélyeztetné azok hatékonyságát – teszi hozzá.

A prionbetegségeket a rosszul hajtogatott prionfehérjék (PrP-k) okozzák, amelyek összetapadnak és elpusztítják az idegsejteket. Ez olyan állapotokhoz vezethet, mint a halálos családi álmatlanság szindróma – egy ritka genetikai betegség, amely megakadályozza az emberek alvását és halálhoz vezet. Bár a prionbetegségek gyógyíthatatlanok, az antiszensz oligonukleotidoknak (ASO-knak) nevezett gyógyszerek ígéretes eredményeket mutattak. Ezek a rövid, egyszálú molekulák hibás hírvivő RNS-szekvenciákhoz kötődnek, és növelik vagy csökkentik a fehérje expresszióját. A PrP rosszul hajtogatott változataival fertőzött egereken végzett korábbi vizsgálatok kimutatták, hogy az ASO-k csökkentik e fehérjék expresszióját és meghosszabbítják az élettartamot 2. De a gyógyszerek több injekciót igényelnek a hosszú távú terápiás hatás eléréséhez, és mellékhatásokhoz, például májkárosodáshoz vezethetnek, mondja Whittaker.

2021-ben Jonathan Weissman, a Cambridge-i Massachusetts Institute of Technology biokémikusa és csapata kifejlesztette a CRISPRoff-ot. 3– egy szerkesztőeszköz, amely egy metilcsoportnak nevezett kémiai címkét ad a DNS-szálhoz, amely a genom megváltoztatása nélkül csökkenti a génaktivitást. Az eszközt azonban nem lehet eljuttatni az agysejtekhez, mert genetikai komponensei túl nagyok ahhoz, hogy beleférjenek egy adeno-asszociált vírusba (AAV), amely egy gyakori eszköz a génterápiák sejtekbe juttatására. „Az igazi kihívás a szállítás volt” – mondja Weissman.

Új szerkesztő

Ennek megoldására Weissman és csapata kifejlesztette a CHARM-ot, amely a cink ujjfehérjéknek nevezett molekulák segítségével irányítja magát a célgénekhez. Ezek a fehérjék elég kicsik ahhoz, hogy egy AAV-vektorba bejussanak.

A kutatók úgy módosították a CHARM-ot, hogy toborozzák és aktiválják a DNS-metiltranszferázok komponenseit – olyan sejtekben található molekulákat, amelyek metilcsoportokat kapcsolnak a DNS-hez, ami a génexpresszió változását okozza. Ez csökkenti a sejten kívüli molekulák hozzáadásával kapcsolatos toxikus hatásokat, mondja Weissman. „Az egyetlen dolog, amit megváltoztattunk a sejtben, az a prionfehérje expressziós képessége” – mondja.

Amikor a kutatók egészséges egerek agyába juttatták a CHARM-ot, azt találták, hogy több mint 80%-kal csökkentette a PrP expresszióját az egész agyban – ez jóval meghaladja a terápiás hatáshoz szükséges minimális szintet. Weissman és csapata azt is megtervezte, hogy a CHARM leálljon, miután befejezte csendes munkáját, megakadályozva, hogy olyan másolatokat készítsen magáról, amelyek káros mellékhatásokhoz vezethetnek.

A CHARM mögött álló csapat Sonia Vallabh és férje, Eric Vallabh Minikel, a MIT Broad Institute és a Cambridge-i Harvard Egyetem prionkutatói. Vallabh örökölte a halálos családi álmatlanság szindróma mögött meghúzódó mutációt, és tizenkét évvel ezelőtt Vallabh és Minikel pályát váltottak, hogy kivizsgálják a betegség kezelését. Vallabh szerint a CHARM „rendkívüli önbizalmat” hoz neki. Hozzáteszi, hogy a gyógyszerfejlesztés jellemzően lassú, de a munka megmutatja, milyen gyorsan lehet új megközelítéseket kidolgozni a megfelelő csapattal. „Hihetetlen, hogy rövid időn belül mit lehet elérni” – mondja Vallabh. „Csak két éve és egy hónapja mutattuk be Jonathannek a közös munka ötletét, és most itt vagyunk.”

Weissman hozzáteszi, hogy a CHARM képes más, abnormális fehérjék felhalmozódása által okozott betegségek kezelésére is, mint például a Parkinson-kór és az Alzheimer-kór. „Tudjuk, hogy az epigenetikus elnémítás nem minden génnél működik, hanem a gének többségénél” – mondja.

Jacob Goell, a texasi houstoni Rice Egyetem epigenomszerkesztő eszközeit fejlesztő kutatója optimista afelől, hogy a CHARM egy napon a klinikán köt ki. Átfogóbb munkára van azonban szükség annak értékeléséhez, hogy az eszköz és az általa létrehozott változások hogyan hatnak kölcsönhatásba a sejtek genetikai gépezetével, különösen hosszabb időn keresztül – teszi hozzá.

A következő lépés annak tanulmányozása, hogyan működik a CHARM egy olyan AAV vektorban, amely képes megcélozni az emberi agy neuronjait. „Ez a következő nagy kihívás” – mondja.