Molekulinio redagavimo įrankis, pakankamai mažas, kad būtų patekęs į smegenis, sustabdo baltymų, sukeliančių prionų ligas, retą, bet mirtiną neurodegeneracinių sutrikimų grupę, gamybą.

Sistema, žinoma kaip „sujungta histono uodega, skirta automatiniam metiltransferazės (CHARM) atpalaidavimui“, pakeičia „epigenomą“ – su DNR susietų cheminių žymenų, turinčių įtakos genų veiklai, rinkinį. Pelėse CHARM nutildė geną, gaminantį žalingus baltymus, sukeliančius prionų ligas daugumoje smegenų neuronų, nekeičiant genų sekos.

CHARM yra pirmasis žingsnis kuriant saugų ir veiksmingą "vienkartinį gydymą", kuris sumažintų ligas sukeliančių baltymų kiekį, sako Madelynn Whittaker, Pensilvanijos universiteto Filadelfijoje bioinžinierė. Šiandien paskelbti rezultataiMokslas 1paskelbta.

„Sistema sprendžia didelius iššūkius, su kuriais susidūrė ankstesnės epigenetinės redagavimo sistemos“, – sako Whittaker. perspektyvinis straipsnis inMokslasbendraautorius. Tai apima redagavimo įrankių toksiškumo mažinimą ir jų pristatymą į ląsteles nepakenkiant jų efektyvumui, priduria ji.

Prionų ligas sukelia netinkamai susilankstę prionų baltymai (PrP), kurie susilieja ir sunaikina neuronus. Tai gali sukelti tokias sąlygas kaip mirtinas šeimyninės nemigos sindromas – reta genetinė liga, kuri neleidžia žmonėms miegoti ir baigiasi mirtimi. Nors prionų ligos yra nepagydomos, vaistai, vadinami antisensiniais oligonukleotidais (ASO), davė daug žadančių rezultatų. Šios trumpos vienos grandinės molekulės jungiasi prie klaidingų pasiuntinio RNR sekų ir padidina arba sumažina baltymų ekspresiją. Ankstesni tyrimai su pelėmis, užkrėstomis klaidingai sulankstytomis PrP versijomis, parodė, kad ASO sumažina šių baltymų ekspresiją ir pailgina gyvenimo trukmę. 2. Tačiau norint pasiekti ilgalaikį gydomąjį poveikį, vaistams reikia kelių injekcijų ir gali sukelti šalutinį poveikį, pavyzdžiui, kepenų pažeidimą, sako Whittaker.

2021 m. Jonathanas Weissmanas, Masačusetso technologijos instituto Kembridže biochemikas, ir jo komanda sukūrė CRISPRoff. 3– redagavimo įrankis, kuris prie DNR grandinės prideda cheminę žymę, vadinamą metilo grupe, kuri sumažina genų aktyvumą nekeičiant genomo. Tačiau įrankis negali būti pristatytas į smegenų ląsteles, nes jo genetiniai komponentai yra per dideli, kad tilptų į adeno-associated virus (AAV) – įprastą priemonę genų terapijai į ląsteles pristatyti. „Tikrasis iššūkis buvo pristatymas“, - sako Weissman.

Naujas redaktorius

Norėdami tai išspręsti, Weissmanas ir jo komanda sukūrė CHARM, kuris naudoja molekules, vadinamas cinko pirštų baltymais, kad nukreiptų save į tikslinius genus. Šie baltymai yra pakankamai maži, kad būtų pristatyti AAV vektoriuje.

Tyrėjai modifikavo CHARM, kad įdarbintų ir suaktyvintų DNR metiltransferazių komponentus – ląstelėse randamas molekules, kurios prie DNR prijungia metilo grupes, sukeldamos genų ekspresijos pokyčius. Tai sumažina toksinį poveikį, susijusį su molekulių pridėjimu iš išorės, sako Weissman. "Vienintelis dalykas, kurį mes pakeitėme ląstelėje, buvo jos gebėjimas išreikšti priono baltymą", - sako jis.

Kai tyrėjai įvedė CHARM į sveikų pelių smegenis, jie nustatė, kad jis sumažino PrP ekspresiją visose smegenyse daugiau nei 80 % – gerokai viršijant minimalų lygį, reikalingą terapiniam poveikiui pasiekti. Weissmanas ir jo komanda taip pat sukūrė CHARM, kad jis išsijungtų, kai baigs tylų darbą, neleisdamas kopijuoti savęs, galinčios sukelti žalingą šalutinį poveikį.

CHARM komandą sudaro Sonia Vallabh ir jos vyras Ericas Vallabhas Minikelis, prionų mokslininkai iš Plačiojo MIT instituto ir Harvardo universiteto Kembridže. Vallabhas paveldėjo mirtinos šeiminės nemigos sindromo mutaciją, o prieš dvylika metų Vallabh ir Minikel pakeitė karjerą, kad ištirtų ligos gydymo būdus. Vallabh sako, kad CHARM suteikia jai „didžiulį pasitikėjimą“. Ji priduria, kad vaistų kūrimas paprastai yra lėtas, tačiau darbas rodo, kaip greitai galima sukurti naujus metodus su tinkama komanda. „To, ką galite pasiekti per trumpą laiką, mastas yra neįtikėtinas“, - sako Vallabh. „Tik prieš dvejus metus ir mėnesį mes pirmą kartą pristatėme Jonathanui idėją dirbti kartu ir dabar mes esame čia.

CHARM taip pat gali gydyti kitas ligas, kurias sukelia nenormalių baltymų kaupimasis, pvz., Parkinsono ir Alzheimerio ligas, priduria Weissman. „Mes žinome, kad epigenetinis nutildymas veikia ne kiekvienam genui, o daugumai genų“, - sako jis.

Jacobas Goellas, tyrinėtojas, kuriantis epigenomų redagavimo įrankius Rice universitete Hiustone, Teksase, yra optimistiškai nusiteikęs, kad CHARM vieną dieną atsidurs klinikoje. Tačiau reikia atlikti išsamesnį darbą, kad būtų galima įvertinti, kaip įrankis ir jo sukurti pokyčiai sąveikauja su ląstelių genetinėmis mašinomis, ypač ilgesnį laiką, priduria jis.

Kitas žingsnis yra ištirti, kaip CHARM veikia AAV vektoriuje, kuris gali nukreipti į žmogaus smegenų neuronus. „Tai yra kitas didelis iššūkis“, – sako jis.