Nástroj na úpravu molekúl dostatočne malý na to, aby sa dostal do mozgu, zastavuje produkciu proteínov, ktoré spôsobujú priónové ochorenia, vzácnu, ale smrteľnú skupinu neurodegeneratívnych porúch.

Systém – známy ako „spriahnutý histónový chvost pre automatické uvoľňovanie metyltransferázy (CHARM)“ – mení „epigenom“, súbor chemických značiek naviazaných na DNA, ktoré ovplyvňujú aktivitu génu. U myší CHARM umlčal gén, ktorý produkuje škodlivé proteíny, ktoré spôsobujú priónové ochorenia vo väčšine neurónov v mozgu, bez zmeny génovej sekvencie.

CHARM je prvým krokom k vývoju bezpečnej a účinnej „jednorazovej liečby“ na zníženie hladín proteínov spôsobujúcich ochorenie, hovorí Madelynn Whittaker, bioinžinierka z Pennsylvánskej univerzity vo Philadelphii. Dnes boli vyhlásené výsledkyVeda 1zverejnené.

„Systém rieši významné výzvy, ktorým čelili predchádzajúce epigenetické editačné systémy,“ hovorí Whittaker, sprevádzajúci an perspektívny článok vVedaspoluautorom. Medzi ne patrí zníženie toxicity nástrojov na úpravu a ich dodávanie do buniek bez toho, aby bola ohrozená ich účinnosť, dodáva.

Priónové ochorenia sú spôsobené nesprávne poskladanými priónovými proteínmi (PrP), ktoré sa zhlukujú a ničia neuróny. To môže viesť k stavom, ako je syndróm fatálnej familiárnej nespavosti – zriedkavé genetické ochorenie, ktoré bráni ľuďom spať a vedie k smrti. Hoci priónové ochorenia sú nevyliečiteľné, lieky nazývané antisense oligonukleotidy (ASO) ukázali niektoré sľubné výsledky. Tieto krátke, jednovláknové molekuly sa viažu na chybné messengerové RNA sekvencie a zvyšujú alebo znižujú expresiu proteínu. Predchádzajúce štúdie na myšiach infikovaných nesprávne zloženými verziami PrP ukázali, že ASO znižujú expresiu týchto proteínov a predlžujú životnosť 2. Ale lieky vyžadujú viac injekcií na dosiahnutie dlhodobého terapeutického účinku a môžu viesť k vedľajším účinkom, ako je poškodenie pečene, hovorí Whittaker.

V roku 2021 Jonathan Weissman, biochemik na Massachusetts Institute of Technology v Cambridge, a jeho tím vyvinuli CRISPRoff 3– nástroj na úpravu, ktorý pridáva do reťazca DNA chemickú značku nazývanú metylová skupina, ktorá znižuje aktivitu génu bez zmeny genómu. Nástroj však nie je možné dodať do mozgových buniek, pretože jeho genetické zložky sú príliš veľké na to, aby sa zmestili do adeno-asociovaného vírusu (AAV) – bežného prostriedku na dodávanie génových terapií do buniek. „Skutočnou výzvou bolo doručenie,“ hovorí Weissman.

Nový editor

Na vyriešenie tohto problému Weissman a jeho tím vyvinuli CHARM, ktorý používa molekuly nazývané proteíny zinkových prstov, aby sa nasmeroval na cieľové gény. Tieto proteíny sú dostatočne malé na to, aby boli dodané vo vektore AAV.

Výskumníci modifikovali CHARM tak, aby získavali a aktivovali zložky DNA metyltransferáz - molekúl nachádzajúcich sa v bunkách, ktoré pripájajú metylové skupiny k DNA, čo spôsobuje zmenu génovej expresie. To znižuje toxické účinky spojené s pridávaním molekúl zvonka bunky, hovorí Weissman. „Jediná vec, ktorú sme v bunke zmenili, bola jej schopnosť exprimovať priónový proteín,“ hovorí.

Keď výskumníci dodali CHARM do mozgu zdravých myší, zistili, že znížilo expresiu PrP v mozgu o viac ako 80 % – výrazne nad minimálnu úroveň potrebnú pre terapeutický účinok. Weissman a jeho tím tiež navrhli CHARM tak, aby sa po dokončení svojej tichej práce vypol, čím mu zabránil vo vytváraní kópií seba samého, ktoré by mohli viesť k škodlivým vedľajším účinkom.

Tím za CHARM zahŕňa Sonia Vallabh a jej manžel Eric Vallabh Minikel, priónoví vedci z Broad Institute of MIT a Harvard University v Cambridge. Vallabh zdedil mutáciu za syndrómom fatálnej familiárnej nespavosti a pred dvanástimi rokmi Vallabh a Minikel zmenili kariéru, aby skúmali spôsoby liečby tejto choroby. Vallabh hovorí, že CHARM jej prináša „obrovskú dôveru“. Dodáva, že vývoj liekov je zvyčajne pomalý, ale práca ukazuje, ako rýchlo sa dajú vyvinúť nové prístupy so správnym tímom. „Rozsah toho, čo môžete dosiahnuť za krátky čas, je neuveriteľný,“ hovorí Vallabh. "Pred dvoma rokmi a mesiacom sme prvýkrát predstavili Jonathanovi myšlienku spolupráce a teraz sme tu."

CHARM má tiež potenciál liečiť iné choroby spôsobené nahromadením abnormálnych proteínov, ako je Parkinsonova a Alzheimerova choroba, dodáva Weissman. „Vieme, že epigenetické umlčanie nefunguje pre každý gén, ale pre väčšinu génov,“ hovorí.

Jacob Goell, výskumník vyvíjajúci nástroje na úpravu epigenómov na Rice University v Houstone v Texase, je optimistický, že CHARM jedného dňa skončí na klinike. Je však potrebná komplexnejšia práca na vyhodnotenie toho, ako nástroj a zmeny, ktoré vytvára, interagujú s genetickým aparátom buniek, najmä počas dlhších časových období, dodáva.

Ďalším krokom je študovať, ako CHARM funguje vo vektore AAV, ktorý môže cieliť na neuróny v ľudskom mozgu. "Toto je ďalšia veľká výzva," hovorí.