Badanie UNC wykazało, że edycja genów jest obiecującym narzędziem w walce z zaburzeniami neurologicznymi u dzieci

Data opublikowania: październik 23, 2020

KAPIELA WZGÓRZA – U dzieci urodzonych z wadliwą kopią genu UBE3A u matki rozwinie się zespół Angelmana – poważne zaburzenie neurorozwojowe, na które nie ma lekarstwa i którego metody leczenia są ograniczone. Teraz po raz pierwszy naukowcy ze Szkoły Medycznej UNC wykazali, że techniki edycji genów i terapii genowej można zastosować do przywrócenia UBE3A w hodowlach ludzkich neuronów i leczenia deficytów w zwierzęcym modelu zespołu Angelmana.

Praca ta, opublikowana w Natura i prowadzone przez starszego autora dr Marka Zylkę, dyrektora Centrum Neuronauki UNC i WR Kenana Jr., wybitnego profesora biologii i fizjologii komórki, kładzie ważne podstawy dla długotrwałego leczenia lub wyleczenia tej wyniszczającej choroby, a także terapeutyczna droga naprzód w przypadku innych zaburzeń jednogenowych.

„Nasze badanie pokazuje, jak wiele objawów związanych z zespołem Angelmana można leczyć za pomocą terapii genowej CRISPR-Cas9” – powiedział Zylka. „Teraz dążymy do tego z pomocą klinicystów z UNC-Chapel Hill”.

Zespół Angelmana jest spowodowany delecją lub mutacją matczynej kopii genu kodującego ligazę białkową ubikwityny E3A (UBE3A). Kopia ojcowska UBE3A jest zwykle wyciszany w neuronach, co powoduje utratę sygnału matczynego UBE3A powoduje całkowity brak enzymu UBE3A w większości obszarów mózgu. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ enzym nakierowuje białka na degradację – proces, który utrzymuje normalne funkcjonowanie komórek mózgowych. Kiedy ten proces się nie powiedzie, powstaje zespół Angelmana, zaburzenie mózgu objawiające się poważnymi niepełnosprawnościami intelektualnymi i rozwojowymi, drgawkami oraz problemami z mową, równowagą, poruszaniem się i snem.

„Włączenie ojcowskiej kopii UBE3A to atrakcyjna strategia terapeutyczna, ponieważ może odwrócić podstawowy niedobór molekularny choroby” – powiedział Zylka. Jednakże gen ojcowski jest wyciszany przez długą nić RNA, wytwarzaną w orientacji antysensownej UBE3A, co blokuje wytwarzanie enzymu z ojcowskiej kopii genu.

Członkowie laboratorium Zylka, w tym doktoranci Justin Wolter i dr Giulia Fragola, postanowili opracować sposób wykorzystania CRISPR-Cas9 do przywrócenia prawidłowego poziomu enzymu UBE3A poprzez rozbicie antysensownego RNA. Wstępne dane dotyczące hodowli komórkowych były obiecujące, a Zylka otrzymała granty od NIH, Fundacja Syndrom Angelmanaoraz Fundację Simonsa, aby przetestowali swoje odkrycia na ludzkich neuronach i na mysim modelu choroby.

w Natura w artykule, współautorzy Wolter i dr Hanqian Mao, doktor habilitowany w laboratorium Zylka, oraz współpracownicy z UNC opisują zastosowanie terapii genowej wirusa związanego z adenowirusem (AAV) w celu dostarczenia białka Cas9 do mózgu embrionalnych myszy, które modelują zespół Angelmana . Ponieważ UBE3A jest niezbędny do prawidłowego rozwoju mózgu, kluczowe znaczenie ma wczesne leczenie. Naukowcy odkryli, że leczenie zarodkowe i wczesne po urodzeniu uratowało fenotypy fizyczne i behawioralne, które modelują podstawowe deficyty stwierdzane u pacjentów z zespołem Angelmana. Co godne uwagi, pojedyncze wstrzyknięcie u noworodków AAV bez wyciszenia od ojca Ube3a przez co najmniej 17 miesięcy, a dane sugerują, że efekt ten będzie prawdopodobnie trwały. Naukowcy wykazali również, że podejście to było skuteczne w hodowli ludzkich neuronów.

„Byliśmy zdumieni, gdy otrzymaliśmy te wyniki” – powiedział Zylka. „Żadne inne metody leczenia zespołu Angelmana nie są obecnie stosowane tak długo i nie leczą tak wielu objawów. Jestem pewna, że inni w końcu dostrzegą korzyści płynące z wykrycia mutacji wywołującej zespół Angelmana w okresie prenatalnym i leczenia wkrótce potem”.

Wolter dodał: „Wyniki wczesnego leczenia były bardzo obiecujące. Ponieważ dowiedzieliśmy się, że możemy zmniejszyć nasilenie zespołu Angelmana u myszy, skupiamy się teraz na udoskonaleniu naszego podejścia w sposób, który będzie odpowiedni do stosowania u ludzi”.

Pracując nad przełożeniem wyników badań na zastosowania kliniczne, laboratorium Zylka będzie współpracować z badaczami z Karoliny Instytutu Niepełnosprawności Rozwojowej (CIDD), aby zidentyfikować objawy u dzieci z mutacją genetyczną powodującą zespół Angelmana.

Laboratorium Zylki współpracuje z badaczami CIDD pod kierownictwem dyrektora CIDD Josepha Pivena, lekarza medycyny, w celu wykorzystania obrazowania mózgu i obserwacji zachowania w celu zidentyfikowania objawów związanych z zespołem Angelmana u niemowląt. Anegdotyczne doniesienia sugerują, że te niemowlęta mają trudności z karmieniem i zmniejszonym napięciem mięśniowym, ale te i inne wczesne objawy nie zostały dotychczas dokładnie scharakteryzowane.

„Pomysł polega na wykorzystaniu testów genetycznych do identyfikacji dzieci, u których istnieje prawdopodobieństwo wystąpienia zespołu Angelmana, leczeniu ich w okresie prenatalnym lub w okresie okołoporodowym, a następnie wykorzystanie tych wczesnych objawów jako punktów końcowych do oceny skuteczności w badaniu klinicznym” – powiedziała Zylka. „Nasze dane oraz dane innych grup wyraźnie wskazują, że leczenie prenatalne może zapobiec pełnemu rozwojowi zespołu Angelmana”.

Jako część Natura W badaniu naukowcy odkryli również, że wektor do terapii genowej blokuje antysensowny RNA poprzez integrację z genomem w miejscach przeciętych przez CRISPR-Cas9. Tę tak zwaną „pułapkę genową” można wykorzystać do zniszczenia innych długich, niekodujących RNA i genów.

Zylka dodała: „Jesteśmy niezwykle podekscytowani możliwością kontynuowania tej pracy z nadzieją, że pomożemy dzieciom i rodzinom przezwyciężyć tę wyniszczającą chorobę. Wsparcie ze strony NIH, Fundacji Simonsa i Fundacji na rzecz Zespołu Angelmana było niezbędne, aby prace mogły posunąć się do przodu”.

Wraz z Zylką, Wolterem i Mao współautorami artykułu w Nature są dr Giulia Fragola, postdoc w laboratorium Zylka w czasie prowadzenia tych badań; Jeremy Simon, dr, profesor nadzwyczajny; James Krantz, pracownik naukowy laboratorium Zylka; Hannah Bazick, absolwentka laboratorium Zylka; Baris Oztemiz, technik badawczy w laboratorium Zylka; oraz dr Jason Stein, adiunkt genetyki i członek Centrum Neuronauki UNC; wszystko w UNC-Chapel Hill.

Badania te zostały sfinansowane z grantów przyznanych przez Narodowy Instytut Zdrowia, Fundację Simonsa, Fundację na rzecz Zespołu Angelmana, Instytut Innowacji Eshelmana oraz stypendium podoktorskie Pfizer-NCBiotech Distinguished Postdoctoral Fellowship in Gene Therapy.

(C) UNC-CH

Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire