Geenien muokkaaminen näyttää lupaavalta välineenä torjua hermoston häiriöitä vauvoilla, UNC:n tutkimus toteaa

Julkaisupäivä: lokakuu 23, 2020

CHAPEL HILL - Vauvoille, jotka ovat syntyneet viallisella äidin UBE3A-geenin kopiolla, kehittyy Angelmanin oireyhtymä, vakava hermoston kehityshäiriö, joka ei ole parantunut ja jota hoidetaan rajoitetusti. Nyt ensimmäistä kertaa UNC:n lääketieteellisen korkeakoulun tutkijat osoittavat, että geenien muokkaus- ja geeniterapiatekniikoita voidaan käyttää palauttamaan UBE3A ihmisen hermosoluviljelmiin ja hoitamaan puutteita Angelmanin oireyhtymän eläinmallissa.

Tämä teos, julkaistu v Luonto ja vanhempi kirjailija Mark Zylka, PhD, UNC:n neurotiedekeskuksen johtaja ja WR Kenan, Jr. Solubiologian ja -fysiologian arvostettu professori, luo tärkeän pohjan tämän heikentävän taudin pitkäaikaiselle hoidolle tai parannukselle. terapeuttinen polku muihin yhden geenin sairauksiin.

"Tutkimuksemme osoittaa, kuinka useita Angelmanin oireyhtymään liittyviä oireita voidaan hoitaa CRISPR-Cas9-geeniterapialla", Zylka sanoi. "Ja pyrimme nyt tähän UNC-Chapel Hillin kliinikoiden avulla."

Angelmanin oireyhtymä johtuu ubikvitiiniproteiiniligaasia E3A (UBE3A) koodaavan geenin äidin kopion deleetiosta tai mutaatiosta. Isän kopio UBE3A on tyypillisesti hiljentynyt neuroneissa, joten äidin menetys UBE3A johtaa UBE3A-entsyymin täydelliseen puuttumiseen useimmilla aivojen alueilla. Se on ratkaisevan tärkeää, koska entsyymi kohdistaa proteiineja hajoamiseen, prosessiin, joka ylläpitää aivosolujen normaalia toimintaa. Kun tämä prosessi menee pieleen, seurauksena on Angelmanin oireyhtymä, aivosairaus, jonka oireita ovat vakava älyllinen ja kehitysvamma, kohtaukset ja puhe-, tasapaino-, liike- ja unihäiriöt.

"Otetaan käyttöön isän kopio UBE3A on houkutteleva terapeuttinen strategia, koska se voi kääntää taudin taustalla olevan molekyylivajeen", Zylka sanoi. Kuitenkin isän geenin vaimentaa pitkä RNA-juoste, joka on tuotettu antisense-orientaatiossa UBE3A, joka estää entsyymin tuotannon geenin isän kopiosta.

Zylka-laboratorion jäsenet, mukaan lukien tohtoritutkijat Justin Wolter, PhD ja Giulia Fragola, PhD, päättivät suunnitella tavan käyttää CRISPR-Cas9:ää palauttamaan UBE3A-entsyymin normaalitasolle häiritsemällä antisense-RNA:ta. Alustavat tiedot soluviljelmistä olivat lupaavia ja Zylka sai apurahoja mm NIH, Angelmanin oireyhtymän säätiöja Simons Foundation testaamaan löydöstään ihmisen hermosoluissa ja taudin hiirimallissa.

Vuonna Luonto paperi, ensimmäiset kirjoittajat Wolter ja Hanqian Mao, PhD, postdoc Zylka-laboratoriossa, ja UNC:n kollegat kuvaavat adeno-assosioituneen viruksen (AAV) geeniterapian käyttämistä Cas9-proteiinin kuljettamiseen Angelmanin oireyhtymää mallintavien alkiohiirten aivoihin. . Koska UBE3A on välttämätön aivojen normaalille kehitykselle, varhainen hoito on ratkaisevan tärkeää. Tutkijat havaitsivat, että alkion ja varhaisen synnytyksen jälkeinen hoito pelasti fyysiset ja käyttäytymiseen liittyvät fenotyypit, jotka mallintavat Angelmanin oireyhtymäpotilailla havaittuja ydinvajeita. On huomattava, että yksi vastasyntyneen AAV-injektio hiljentäisi isän Ube3a vähintään 17 kuukauden ajan, ja tiedot viittaavat siihen, että tämä vaikutus on todennäköisesti pysyvä. Tutkijat osoittivat myös, että tämä lähestymistapa oli tehokas ihmisen hermosoluissa kulttuurissa.

"Olimme hämmästyneitä, kun saimme nämä tulokset", Zylka sanoi. "Mikään muu tällä hetkellä Angelmanin oireyhtymän hoito ei kestä näin kauan, eivätkä ne myöskään hoida niin monia oireita. Olen varma, että muut ymmärtävät lopulta Angelmanin syndroomaa aiheuttavan mutaation havaitsemisen ja pian sen jälkeen tapahtuvan hoidon edut.

Wolter lisäsi: "Varhaisen hoidon tulokset olivat erittäin lupaavia. Koska opimme, että voimme vähentää Angelmanin oireyhtymän vakavuutta hiirillä, olemme nyt keskittyneet jalostamaan lähestymistapaamme tavoilla, jotka soveltuvat käytettäväksi ihmisillä.

Työskennellessään tämän tutkimuksen kääntämiseksi klinikalle Zylka-laboratorio tekee yhteistyötä Carolina Institute for Developmental Disabilities (CIDD) tutkijoiden kanssa tunnistaakseen oireita vauvoilla, joilla on Angelmanin oireyhtymän aiheuttava geneettinen mutaatio.

Zylkan laboratorio työskentelee CIDD-tutkijoiden kanssa, joita johtaa CIDD:n johtaja Joseph Piven, MD, käyttääkseen aivojen kuvantamista ja käyttäytymishavaintoja Angelmanin oireyhtymään liittyvien oireiden tunnistamiseksi vauvoilla. Anekdoottiset raportit viittaavat siihen, että näillä vauvoilla on vaikeuksia ruokkia ja heikentynyt lihasjännitys, mutta näitä ja muita varhaisia oireita ei ole toistaiseksi kuvattu tarkasti.

"Ajatuksena on käyttää geneettisiä testejä sellaisten vauvojen tunnistamiseen, joille todennäköisesti kehittyy Angelmanin oireyhtymä, hoitaa ennen syntymää tai noin syntymän aikaan, ja käyttää sitten näitä varhaisia oireita päätepisteinä tehokkuuden arvioimiseksi kliinisessä tutkimuksessa", Zylka sanoi. "Tietomme ja muiden ryhmien tiedot osoittavat selvästi, että synnytystä edeltävä hoito voi estää Angelmanin oireyhtymän kehittymisen kokonaan."

Osana Luonto Tutkimuksessa tutkijat havaitsivat myös, että geeniterapiavektori esti antisense-RNA:n integroitumalla genomiin CRISPR-Cas9:n leikkaamissa kohdissa. Tätä niin kutsuttua "geeniloukkua" voitaisiin hyödyntää muiden pitkien ei-koodaavien RNA:iden ja geenien hajottamiseksi.

Zylka lisäsi: "Olemme erittäin innoissamme voidessamme jatkaa tätä työtä eteenpäin toivoen, että voimme auttaa lapsia ja perheitä voittamaan tämän heikentävän tilanteen. NIH:n, Simons Foundationin ja Angelmanin oireyhtymäsäätiön tuki oli välttämätöntä tämän työn eteenpäin viemiselle.

Zylkan, Wolterin ja Maon ohella Nature-paperin kirjoittajia ovat Giulia Fragola, PhD, postdoc Zylka-laboratoriosta tämän tutkimuksen aikaan; Jeremy Simon, PhD, tutkimusapulaisprofessori; James Krantz, Zylka-laboratorion tutkija; Hannah Bazick, Zylka lab jatko-opiskelija; Baris Oztemiz, Zylka-laboratorion tutkimusteknikko; ja Jason Stein, PhD, genetiikan apulaisprofessori ja UNC Neuroscience Centerin jäsen; kaikki UNC-Chapel Hillissä.

Tämä tutkimus on rahoitettu National Institutes of Healthin, Simons Foundationin, Angelmanin oireyhtymäsäätiön, Eshelman Institute for Innovationin ja Pfizer-NCBiotech Distinguished Post doc Fellowship in geeniterapian apurahoilla.

(C) UNC-CH

Alkuperäinen artikkelin lähde: WRAL TechWire