Un instrument de editare moleculară suficient de mic pentru a fi introdus în creier oprește producția de proteine ​​care cauzează boli prionice, un grup rar, dar mortal, de tulburări neurodegenerative.

Sistemul – cunoscut sub numele de „coadă de histonă cuplată pentru eliberarea automată a metiltransferazei (CHARM)” – modifică „epigenomul”, o colecție de etichete chimice legate de ADN care influențează activitatea genelor. La șoareci, CHARM a redus la tăcere gena care produce proteinele dăunătoare care cauzează boli prionice în majoritatea neuronilor din creier, fără a modifica secvența genelor.

CHARM este primul pas către dezvoltarea unui „tratament unic” sigur și eficient pentru a reduce nivelurile de proteine ​​care cauzează boli, spune Madelynn Whittaker, bioinginer la Universitatea Pennsylvania din Philadelphia. Rezultatele au fost anunțate astăziŞtiinţă 1publicat.

„Sistemul abordează provocările semnificative cu care se confruntă sistemele anterioare de editare epigenetică”, spune Whittaker, însoțind un articol de perspectivă înŞtiinţăcoautor. Acestea includ reducerea toxicității instrumentelor de editare și livrarea acestora către celule fără a le compromite eficacitatea, adaugă ea.

Bolile prionice sunt cauzate de proteinele prionice pliate greșit (PrPs) care se adună și distrug neuronii. Acest lucru poate duce la afecțiuni precum sindromul de insomnie familială fatală - o boală genetică rară care împiedică oamenii să doarmă și duce la moarte. Deși bolile prionice sunt incurabile, medicamentele numite oligonucleotide antisens (ASO) au arătat unele rezultate promițătoare. Aceste molecule scurte, monocatenar se leagă de secvențe de ARN mesager defecte și măresc sau scad expresia proteinei. Studii anterioare la șoareci infectați cu versiuni de PrP pliate greșit au arătat că ASO reduc expresia acestor proteine ​​și prelungesc durata de viață. 2. Dar medicamentele necesită mai multe injecții pentru a obține un efect terapeutic pe termen lung și pot duce la efecte secundare, cum ar fi afectarea ficatului, spune Whittaker.

În 2021, Jonathan Weissman, biochimist la Massachusetts Institute of Technology din Cambridge, și echipa sa au dezvoltat CRISPRoff 3– un instrument de editare care adaugă o etichetă chimică numită grup metil la catena ADN, care reduce activitatea genei fără a modifica genomul. Dar instrumentul nu poate fi livrat la celulele creierului, deoarece componentele sale genetice sunt prea mari pentru a se potrivi într-un virus adeno-asociat (AAV) - un vehicul comun pentru furnizarea de terapii genetice în celule. „Adevărata provocare a fost livrarea”, spune Weissman.

Editor nou

Pentru a rezolva acest lucru, Weissman și echipa sa au dezvoltat CHARM, care utilizează molecule numite proteine ​​​​deget de zinc pentru a se direcționa către genele țintă. Aceste proteine ​​sunt suficient de mici pentru a fi livrate într-un vector AAV.

Cercetătorii au modificat CHARM pentru a recruta și activa componente ale metiltransferazelor ADN - molecule găsite în celulele care atașează grupurile metil de ADN, provocând modificarea expresiei genelor. Acest lucru reduce efectele toxice asociate cu adăugarea de molecule din exteriorul celulei, spune Weissman. „Singurul lucru pe care l-am schimbat în celulă a fost capacitatea ei de a exprima proteina prion”, spune el.

Când cercetătorii au introdus CHARM în creierul șoarecilor sănătoși, au descoperit că acesta a redus expresia PrP în creier cu mai mult de 80% - cu mult peste nivelul minim necesar pentru un efect terapeutic. Weissman și echipa sa au proiectat, de asemenea, CHARM să se închidă după ce își termină activitatea silențioasă, împiedicându-l să facă copii ale lui însuși care ar putea duce la efecte secundare dăunătoare.

Echipa din spatele CHARM include Sonia Vallabh și soțul ei Eric Vallabh Minikel, oameni de știință prioni la Broad Institute of MIT și la Universitatea Harvard din Cambridge. Vallabh a moștenit mutația din spatele sindromului fatal de insomnie familială, iar în urmă cu doisprezece ani, Vallabh și Minikel și-au schimbat cariera pentru a investiga tratamente pentru boală. Vallabh spune că CHARM îi aduce „încredere extraordinară”. Ea adaugă că dezvoltarea medicamentelor este de obicei lentă, dar munca arată cât de repede pot fi dezvoltate noi abordări cu echipa potrivită. „Amploarea a ceea ce poți realiza într-o perioadă scurtă de timp este incredibilă”, spune Vallabh. „Abia acum doi ani și o lună i-am prezentat lui Jonathan ideea de a lucra împreună, iar acum suntem aici.”

CHARM are, de asemenea, potențialul de a trata alte boli cauzate de acumularea de proteine ​​anormale, cum ar fi Parkinson și Alzheimer, adaugă Weissman. „Știm că tăcere epigenetică nu funcționează pentru fiecare genă, ci pentru majoritatea genelor”, spune el.

Jacob Goell, un cercetător care dezvoltă instrumente de editare a epigenomului la Universitatea Rice din Houston, Texas, este optimist că CHARM va ajunge într-o zi în clinică. Dar este nevoie de o muncă mai cuprinzătoare pentru a evalua modul în care instrumentul și schimbările pe care le creează interacționează cu mașinile genetice ale celulelor, în special pe perioade mai lungi de timp, adaugă el.

Următorul pas este de a studia modul în care funcționează CHARM într-un vector AAV care poate viza neuronii din creierul uman. „Aceasta este următoarea mare provocare”, spune el.