Orodje za molekularno urejanje, ki je dovolj majhno, da ga je mogoče dostaviti v možgane, ustavi proizvodnjo beljakovin, ki povzročajo prionske bolezni, redko, a smrtonosno skupino nevrodegenerativnih motenj.

Sistem – znan kot "sklopljen histonski rep za samodejno sproščanje metiltransferaze (CHARM)" – spremeni "epigenom", zbirko kemičnih oznak, vezanih na DNK, ki vplivajo na aktivnost genov. Pri miših je CHARM utišal gen, ki proizvaja škodljive proteine, ki povzročajo prionske bolezni v večini nevronov v možganih, ne da bi spremenil zaporedje genov.

CHARM je prvi korak k razvoju varnega in učinkovitega "enkratnega zdravljenja" za zmanjšanje ravni beljakovin, ki povzročajo bolezni, pravi Madelynn Whittaker, bioinženir na Univerzi Pensilvanije v Filadelfiji. Rezultati so bili objavljeni danesZnanost 1objavljeno.

"Sistem obravnava pomembne izzive, s katerimi so se soočali prejšnji sistemi epigenetskega urejanja," pravi Whittaker, ki spremlja perspektivni članek vZnanostv soavtorstvu. Ti vključujejo zmanjšanje toksičnosti orodij za urejanje in njihovo dostavo v celice brez ogrožanja njihove učinkovitosti, dodaja.

Prionske bolezni povzročajo napačno zviti prionski proteini (PrP), ki se zlepijo in uničijo nevrone. To lahko privede do stanj, kot je sindrom usodne družinske nespečnosti – redka genetska bolezen, ki ljudem preprečuje spanje in vodi v smrt. Čeprav so prionske bolezni neozdravljive, so zdravila, imenovana protismiselni oligonukleotidi (ASO), pokazala nekaj obetavnih rezultatov. Te kratke, enoverižne molekule se vežejo na napačna zaporedja messenger RNA in povečajo ali zmanjšajo izražanje beljakovin. Prejšnje študije na miših, okuženih z napačno zvitimi različicami PrP, so pokazale, da ASO zmanjšajo izražanje teh beljakovin in podaljšajo življenjsko dobo 2. Toda zdravila zahtevajo večkratne injekcije, da dosežejo dolgoročni terapevtski učinek in lahko povzročijo stranske učinke, kot je poškodba jeter, pravi Whittaker.

Im Jahr 2021 entwickelte Jonathan Weissman, ein Biochemiker am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, und sein Team CRISPRoff 3– orodje za urejanje, ki verigi DNK doda kemično oznako, imenovano metilna skupina, ki zmanjša aktivnost genov, ne da bi spremenila genom. Toda orodja ni mogoče dostaviti v možganske celice, ker so njegove genetske komponente prevelike, da bi se prilegale adeno-povezanemu virusu (AAV) – običajnemu vozilu za dostavo genskih terapij v celice. »Pravi izziv je bila dostava,« pravi Weissman.

Nov urednik

Da bi to rešili, sta Weissman in njegova ekipa razvila CHARM, ki uporablja molekule, imenovane proteini cinkovega prsta, da se usmeri na ciljne gene. Ti proteini so dovolj majhni, da se lahko dostavijo v vektorju AAV.

Raziskovalci so spremenili CHARM, da pridobi in aktivira komponente DNA metiltransferaz - molekul, ki jih najdemo v celicah, ki pritrjujejo metilne skupine na DNA, kar povzroči spremembo izražanja genov. To zmanjša toksične učinke, povezane z dodajanjem molekul zunaj celice, pravi Weissman. "Edina stvar, ki smo jo spremenili v celici, je bila njena sposobnost izražanja prionskega proteina," pravi.

Ko so raziskovalci dostavili CHARM v možgane zdravih miši, so ugotovili, da je zmanjšal izražanje PrP v možganih za več kot 80 % – precej nad minimalno ravnjo, potrebno za terapevtski učinek. Weissman in njegova ekipa sta CHARM zasnovala tudi tako, da se izklopi, ko konča tiho delo, s čimer prepreči, da bi sam sebe kopiral, kar bi lahko povzročilo škodljive stranske učinke.

Ekipa za CHARM vključuje Sonia Vallabh in njenega moža Erica Vallabha Minikela, prionska znanstvenika na Broad Institute MIT in Univerze Harvard v Cambridgeu. Vallabh je podedoval mutacijo za sindromom usodne družinske nespečnosti in pred dvanajstimi leti sta Vallabh in Minikel zamenjala kariero, da bi raziskala zdravljenje te bolezni. Vallabh pravi, da ji CHARM prinaša "izjemno samozavest". Dodaja, da je razvoj zdravil običajno počasen, vendar delo kaže, kako hitro je mogoče s pravo ekipo razviti nove pristope. »Obseg tega, kar lahko dosežete v kratkem času, je neverjeten,« pravi Vallabh. "Šele pred dvema letoma in enim mesecem smo Jonathanu prvič predstavili idejo o sodelovanju in zdaj smo tukaj."

CHARM ima tudi potencial za zdravljenje drugih bolezni, ki jih povzroča kopičenje nenormalnih beljakovin, kot sta Parkinsonova in Alzheimerjeva bolezen, dodaja Weissman. »Vemo, da epigenetsko utišanje ne deluje za vsak gen, ampak za večino genov,« pravi.

Jacob Goell, raziskovalec, ki razvija orodja za urejanje epigenoma na univerzi Rice v Houstonu v Teksasu, je optimističen, da bo CHARM nekega dne končal na kliniki. Vendar je potrebno obsežnejše delo, da bi ocenili, kako orodje in spremembe, ki jih ustvarja, vplivajo na genetski stroj celic, zlasti v daljših časovnih obdobjih, dodaja.

Naslednji korak je preučiti, kako CHARM deluje v vektorju AAV, ki lahko cilja na nevrone v človeških možganih. "To je naslednji velik izziv," pravi.