Genbewerking is veelbelovend als hulpmiddel om neurostoornissen bij baby's te bestrijden, zo blijkt uit een UNC-studie

Datum gepubliceerd: 23 oktober 2020

KAPEL HEUVEL – Baby's geboren met een defecte maternale kopie van het UBE3A-gen zullen het Angelman-syndroom ontwikkelen, een ernstige neurologische ontwikkelingsstoornis zonder genezing en met beperkte behandelingen. Nu laten wetenschappers van de UNC School of Medicine voor het eerst zien dat technieken voor genbewerking en gentherapie kunnen worden gebruikt om UBE3A in menselijke neuronculturen te herstellen en tekorten in een diermodel van het Angelman-syndroom te behandelen.

Dit werk, gepubliceerd in Natuur en geleid door senior auteur Mark Zylka, PhD, directeur van het UNC Neuroscience Center en WR Kenan, Jr. Distinguished Professor of Cell Biology and Physiology, legt een belangrijke basis voor een langdurige behandeling of genezing van deze slopende ziekte, evenals een therapeutisch pad voorwaarts voor andere aandoeningen met één gen.

“Ons onderzoek laat zien hoe meerdere symptomen geassocieerd met het Angelman-syndroom kunnen worden behandeld met een CRISPR-Cas9-gentherapie”, aldus Zylka. “En we streven dit nu na met de hulp van artsen van UNC-Chapel Hill.”

Het Angelman-syndroom wordt veroorzaakt door een deletie of mutatie van de maternale kopie van het gen dat codeert voor het ubiquitine-eiwitligase E3A (UBE3A). De vaderlijke kopie van UBE3A wordt meestal tot zwijgen gebracht in neuronen, dus het verlies van moederlijke UBE3A resulteert in een volledige afwezigheid van het UBE3A-enzym in de meeste delen van de hersenen. Dat is cruciaal omdat het enzym zich richt op afbraak van eiwitten, een proces dat de normale functie van hersencellen in stand houdt. Wanneer dat proces misgaat, is het resultaat het Angelman-syndroom, een hersenaandoening met symptomen zoals ernstige intellectuele en ontwikkelingsstoornissen, toevallen en problemen met spraak, evenwicht, beweging en slaap.

“Het inschakelen van de vaderlijke kopie van UBE3A is een aantrekkelijke therapeutische strategie omdat het de onderliggende moleculaire tekortkoming van de ziekte zou kunnen omkeren”, aldus Zylka. Het vaderlijke gen wordt echter tot zwijgen gebracht door een lange streng RNA, geproduceerd in de antisense-oriëntatie UBE3A, die de productie van het enzym uit de vaderlijke kopie van het gen blokkeert.

Leden van het Zylka-lab, waaronder postdoctorale fellows Justin Wolter, PhD, en Giulia Fragola, PhD, wilden een manier bedenken om CRISPR-Cas9 te gebruiken om het UBE3A-enzym naar normale niveaus te herstellen door het antisense RNA te verstoren. De voorlopige gegevens over celculturen waren veelbelovend en Zylka ontving subsidies van de NIH, de Stichting Angelman Syndroomen de Simons Foundation om hun bevindingen te testen in menselijke neuronen en in een muismodel van de ziekte.

In de Natuur artikel, co-eerste auteurs Wolter en Hanqian Mao, PhD, een postdoc in het Zylka-lab, en UNC-collega's beschrijven het gebruik van een adeno-geassocieerd virus (AAV) gentherapie om het Cas9-eiwit door de hersenen van embryonale muizen te brengen die het Angelman-syndroom modelleren . Omdat UBE3A essentieel is voor de normale ontwikkeling van de hersenen, is een vroege behandeling cruciaal. De onderzoekers ontdekten dat embryonale en vroege postnatale behandeling fysieke en gedragsmatige fenotypes redde die de kerntekorten modelleren die worden aangetroffen bij patiënten met het Angelman-syndroom. Opmerkelijk genoeg bracht een enkele neonatale injectie van AAV de vader niet tot zwijgen Ube3a gedurende ten minste 17 maanden, en de gegevens suggereren dat dit effect waarschijnlijk permanent zal zijn. De onderzoekers toonden ook aan dat deze aanpak effectief was bij menselijke neuronen in cultuur.

“We waren overweldigd toen we deze resultaten kregen”, zei Zylka. “Geen enkele andere behandeling die momenteel wordt gevolgd voor het Angelman-syndroom duurt zo lang, en ze behandelen ook niet zoveel symptomen. Ik ben ervan overtuigd dat anderen uiteindelijk de voordelen zullen onderkennen van het prenataal opsporen van de mutatie die het Angelman-syndroom veroorzaakt en het kort daarna behandelen.”

Wolter voegde hieraan toe: “De resultaten van een vroege behandeling waren veelbelovend. Sinds we hebben geleerd dat we de ernst van het Angelman-syndroom bij muizen kunnen verminderen, richten we ons nu op het verfijnen van onze aanpak op manieren die geschikt zijn voor gebruik bij mensen.”

Terwijl ze werken aan de vertaling van dit onderzoek naar de kliniek, zal het Zylka-lab samenwerken met onderzoekers van het Carolina Institute for Developmental Disabilities (CIDD) om symptomen te identificeren bij baby's die de genetische mutatie hebben die het Angelman-syndroom veroorzaakt.

Zylka's laboratorium werkt samen met CIDD-onderzoekers onder leiding van CIDD-directeur Joseph Piven, MD, om hersenbeelden en gedragsobservaties te gebruiken om symptomen te identificeren die verband houden met het Angelman-syndroom bij zuigelingen. Anekdotische rapporten suggereren dat deze baby's moeite hebben met eten en een verminderde spiertonus, maar deze en andere vroege symptomen zijn tot nu toe niet rigoureus gekarakteriseerd.

"Het idee is om genetische tests te gebruiken om baby's te identificeren die waarschijnlijk het Angelman-syndroom zullen ontwikkelen, prenataal of rond de geboorte te behandelen, en deze vroege symptomen vervolgens te gebruiken als eindpunten om de werkzaamheid in een klinische proef te evalueren," zei Zylka. “Onze gegevens en die van andere groepen geven duidelijk aan dat prenatale behandeling het potentieel heeft om te voorkomen dat het Angelman-syndroom zich volledig ontwikkelt.”

Als onderdeel van Natuur In hun studie ontdekten de onderzoekers ook dat de gentherapievector het antisense RNA blokkeerde door in het genoom te integreren op plaatsen die door CRISPR-Cas9 waren geknipt. Deze zogenaamde ‘gene trap’ zou kunnen worden uitgebuit om andere lange, niet-coderende RNA’s en genen te verstoren.

Zylka voegde hieraan toe: “We zijn ongelooflijk enthousiast om dit werk voort te zetten in de hoop kinderen en gezinnen te helpen deze slopende aandoening te overwinnen. Steun van de NIH, de Simons Foundation en de Angelman Syndrome Foundation was essentieel om dit werk vooruit te helpen.”

Samen met Zylka, Wolter en Mao zijn de co-auteurs van het Nature-artikel Giulia Fragola, PhD, postdoc in het Zylka-lab ten tijde van dit onderzoek; Jeremy Simon, PhD, universitair hoofddocent; James Krantz, onderzoeksmedewerker van het Zylka-laboratorium; Hannah Bazick, afgestudeerde student in het Zylka-lab; Baris Oztemiz, onderzoekstechnicus bij Zylka; en Jason Stein, PhD, universitair docent genetica en lid van het UNC Neuroscience Center; allemaal op UNC-Chapel Hill.

Dit onderzoek werd gefinancierd door subsidies van de National Institutes of Health, de Simons Foundation, de Angelman Syndrome Foundation, het Eshelman Institute for Innovation en de Pfizer-NCBiotech Distinguished Postdoctoral Fellowship in Gene Therapy.

(C) UNC-CH

Originele artikelbron: WRAL TechWire