Choroba Huntingtona (HD) jest zaburzeniem neurologicznym, które powoduje postępującą utratę ruchu, koordynacji i funkcji poznawczych. Jest to spowodowane mutacją w pojedynczym genie zwanym huntingtyną lub HTT. Ponad 200 000 osób na całym świecie żyje z tą chorobą genetyczną, w tym około 30 000 w Stanach Zjednoczonych. Ponad ćwierć miliona Amerykanów jest zagrożonych odziedziczeniem HD po chorym rodzicu. Nie ma lekarstwa.
Ale w nowym badaniu, opublikowanym 12 grudnia 2022 r. w Nature Neuroscience, naukowcy z University of California San Diego School of Medicine wraz z kolegami z innych krajów opisują wykorzystanie technologii CRISPR/Cas13d ukierunkowanej na RNA do opracowania nowej strategii terapeutycznej, która konkretnie eliminuje toksyczne RNA co powoduje HD.
CRISPR jest znany jako narzędzie do edycji genomu, które pozwala naukowcom dodawać, usuwać lub zmieniać materiał genetyczny w określonych miejscach genomu. Opiera się na naturalnie występującym systemie odpornościowym wykorzystywanym przez bakterie. Jednak obecne strategie wiążą się z ryzykiem edycji poza celem w niezamierzonych miejscach, które mogą powodować trwałe i dziedziczne insercje chromosomów lub zmiany genomu. Z tego powodu znaczne wysiłki skupiły się na identyfikacji systemów CRISPR, które celują bezpośrednio w RNA bez zmiany genomu.
W przypadku HD przyczyną choroby są powtarzające się i uszkadzające sekwencje w genie HTT.
Nasze komórki mają trudności z kopiowaniem powtarzalnego DNA, a te błędy kopiowania mogą powodować, że powtarzające się sekwencje wydłużają się z każdym pokoleniem” – powiedział starszy autor badań, dr Gene Yeo, profesor medycyny komórkowej i molekularnej w UC San Diego School of Medicine.
„W genie Huntingtyny te powtórzenia mogą czasami urosnąć wielokrotnie do swojej normalnej długości, a powstałe białko ekspandowane przez powtórzenia ma tendencję do agregacji i tworzenia toksycznych grudek w części mózgu zwanej prążkowiem, która jest ważna dla regulacji ruchu. funkcjonalnych neuronów w prążkowiu ostatecznie prowadzi do objawów HD”.
Wraz z kolegami z UC Irvine i Johns Hopkins University Yeo i jego zespół zbadali, czy niedawno opisana technologia CRISPR ukierunkowana na RNA może być wykorzystana do wpływania na akumulację RNA (substancji chemicznej pośredniej między instrukcjami DNA a produkcją białka) związanej z HD.
Wykorzystali nośniki wirusowe do dostarczenia terapii do kultur neuronów, które zostały opracowane z komórek macierzystych pochodzących od pacjentów z HD, i odkryli, że podejście to nie tylko ukierunkowało i zniszczyło zmutowane cząsteczki RNA, ale także usunęło nagromadzenie toksycznych białek. Wykazali również, że terapia zasadniczo nie zakłóciła ekspresji innych ludzkich genów.
„Naszym celem było zaprojektowanie rodzaju terapii, która byłaby ukierunkowana tylko na toksyczne RNA, które powoduje HD, i mogłaby zachować nienaruszoną resztę ludzkiego genomu i transkryptomu” – powiedziała współautorka dr Kathryn Morelli, pracownik naukowy w laboratorium Yeo . „Specjalnie przeszukaliśmy nasze najlepsze konstrukty terapeutyczne w liniach komórkowych pacjentów z HD, aby się upewnić”.
Opracowanie skutecznych terapii HD okazało się wyzwaniem. Na przykład w 2021 r. wstrzymano dwa badania kliniczne dotyczące obiecujących terapii genowych z powodu rozczarowujących wyników. Oba potencjalne leki były reklamowane jako przełomowe dla HD. Obecnie żadne leczenie nie może zmienić przebiegu choroby, chociaż leki mogą złagodzić niektóre objawy.
„Społeczność Huntingtona była zdruzgotana, gdy próby kliniczne zakończyły się niepowodzeniem, głównie z powodu specyficzności celu i skutków toksycznych” – powiedział Yeo. „Jednak ich zakończenie tylko ponownie ożywiło społeczność naukową w celu znalezienia alternatywnych strategii”.
Laboratorium Yeo współpracowało z Wenzhenem Duanem, doktorem medycyny, profesorem psychiatrii i nauk behawioralnych w Johns Hopkins Medicine, aby przeprowadzić testy przedkliniczne na myszach. Duan, wraz ze współautorem, dr Qian Wu, odkryli, że terapia poprawiła koordynację ruchową, osłabiła degradację prążkowia i zmniejszyła poziom toksycznych białek w mysim modelu HD. Poprawa utrzymywała się przez co najmniej 8 miesięcy bez skutków ubocznych i minimalnych skutków poza celem dla innych cząsteczek RNA.
Współautorami są: Maya L. Gosztyla, Ryan J. Marina, Kari Lee, Krysten L. Jones, Megan Huang i Allison Li, wszyscy z UC San Diego; Hongshuai Liu, Minmin Yao i Chuangchuang Zhang, Johns Hopkins University; Jiaxu Chen, Pekiński Uniwersytet Medycyny Chińskiej; oraz Charlene Smith-Geater i Leslie M. Thompson, UC Irvine.