Podwójny sukces w wyciszaniu genu huntingtyny poprzez RNAi

Większość badaczy HD jest bardzo podekscytowana ideą 'wyciszenia’ genu choroby Huntingtona, aby zmniejszyć produkcję szkodliwego białka huntingtyny. Dwa wyzwania – bezpieczeństwo i dostarczanie – są teraz bliższe rozwiązania dzięki współpracy badaczy akademickich i przemysłowych.

Jesteśmy wielkimi zwolennikami wyciszania genów. Podobnie jak wielu badaczy choroby Huntingtona, uważamy, że to podejście ma największe szanse na opracowanie skutecznego leczenia HD.

Wyciszanie genów polega na użyciu specjalnie zaprojektowanego leku do przechwycenia cząsteczki przekaźnikowej, zwanej RNA, która jest produkowana z genu HD i informuje komórki o produkcji szkodliwego białka huntingtyny. Efektem działania leku jest to, że komórki wytwarzają mniej tego białka.

Mówiąc jeszcze prościej, wyciszanie genów jest jak znak stop dla zmutowanej huntingtyny.

Szybki postęp

Do tej pory wyciszanie genów w HD, w różnych formach, pokonało każdą przeszkodę, jaką napotkało. Zostało już przetestowane na kilku modelach myszy i szczurów z HD i nie tylko spowolniło postęp choroby, ale faktycznie doprowadziło do poprawy zarówno objawów, jak i uszkodzeń mózgu. Wydaje się, że mózg może się faktycznie regenerować – do pewnego stopnia – jeśli tylko poziom szkodliwego białka zostanie nieco obniżony.

Pozostałe przeszkody

Kilka zespołów badawczych zmierza w kierunku badań klinicznych wyciszania genów w HD. Ale przed tym trzeba rozwiązać kilka pozostałych wyzwań.

Pierwszym jest bezpieczeństwo. Nieoczekiwane skutki uboczne są zawsze możliwe i mogą być dramatyczne, ponieważ mówimy o lekach, które są wstrzykiwane lub infuzowane bezpośrednio do układu nerwowego i wchodzą w bezpośrednią interakcję z maszynerią genetyczną naszych komórek.

Kolejnym jest dostarczanie. Leki wyciszające geny nie mogą być podawane w postaci tabletek lub zastrzyków do krwi, ponieważ nie zostałyby wpuszczone do mózgu. Dlatego muszą być wprowadzane bezpośrednio do układu nerwowego. W zależności od struktury leku oznacza to operację wprowadzenia igieł lub rurek albo do kręgosłupa, albo do czaszki. Brzmi drastycznie, ale jeśli leczenie będzie skuteczne, będzie warto.

Problem z dostarczaniem nie kończy się jednak na tym, ponieważ gdy lek znajdzie się już w głowie, musi dostać się do środka naszych komórek mózgowych, aby zadziałała jego genetyczna magia.

Menu wyciszania genów

Badacze wyciszania genów muszą dokonać kilku wyborów przed rozpoczęciem próby leczenia. Oto lista kontrolna, która pomoże zrozumieć przyszłe doniesienia.

Po pierwsze, musimy zdecydować o strukturze leku. Dwa podstawowe wybory to leki RNAi, które są chemicznie podobne do cząsteczek przekaźnikowych RNA organizmu; oraz leki ASO, które są nieco inne, ale mogą być lepiej wchłaniane przez komórki.

Drugim wyborem jest cel: obie kopie genu HD czy tylko ta zmutowana. Celowanie w obie – zwane wyciszaniem niespecyficznym – jest łatwiejsze, ale wyłączenie 'normalnego’ genu może być niebezpieczne. Celowanie tylko w zmutowany gen – zwane wyciszaniem specyficznym dla allelu – może być bezpieczniejsze, ale jest znacznie trudniejsze do wykonania.

Trzecim wyborem jest miejsce docelowe – dokąd trafi lek? Leki RNAi naturalnie nie rozprzestrzeniają się daleko, więc lek musi być dostarczony bezpośrednio do substancji mózgu. Leki, które rozprzestrzeniają się dalej, jak ASO, mogą być infuzowane do płynu wokół mózgu lub, jeśli będziemy mieć szczęście, u podstawy kręgosłupa.

Po czwarte, musimy zdecydować o sposobie dostarczania. Czy lek będzie podawany samodzielnie, pakowany w wirus czy pompowany pod ciśnieniem, aby zwiększyć jego rozprzestrzenianie się w mózgu?

Piątym wyborem jest schemat leczenia. Czy powinniśmy podać jednorazową dawkę czy infuzować lek przez tygodnie lub miesiące? W tej chwili nie wiemy, jak długo będą trwać efekty, więc trzeba to ustalić porównując różne schematy.

Gdy czytasz o badaniach nad wyciszaniem genów, pomocne jest ustalenie na początku, którą opcję wybrano dla każdego z tych wyborów.

Trzy przychodzą naraz

Podczas niedawnego Światowego Kongresu HD w Melbourne, HDBuzz informował o ekscytujących prezentacjach kilku grup badawczych zajmujących się wyciszaniem genów. Następnie w listopadzie przekazaliśmy wiadomość o pierwszym badaniu bezpieczeństwa wyciszania genu huntingtyny przy użyciu RNAi w mózgu naczelnych.

Teraz opublikowano dwa kolejne artykuły naukowe – każdy jest owocem współpracy między badaczami akademickimi a firmami biotechnologicznymi. Oba artykuły powstały przy udziale firmy Medtronic z Minneapolis i zespołu dr Zheminga Zhanga z Uniwersytetu Kentucky.

Sześciomiesięczne bezpieczeństwo

Listopadowy raport o bezpieczeństwie RNAi u naczelnych był dość krótkim badaniem – sześć tygodni. Nowe badanie zespołu Medtronic i Zhanga, opisane w czasopiśmie Brain, również przeprowadzono na małpach rezus, ale trwało pełne sześć miesięcy.

Przyjrzyjmy się, co badacze studiowali, używając powyższej listy kontrolnej:

1. Struktura: było to badanie leku RNAi.

2. Cel: celowano w obie kopie genu – niespecyficzne wyciszanie.

3. Miejsce docelowe: substancja mózgu – dokładniej prążkowie, które jest wcześnie dotknięte u pacjentów z HD.

4. Dostarczanie: lek był pakowany w pusty wirus, zwany AAV2.

5. Schemat leczenia: jednorazowe wstrzyknięcie w pięć miejsc po każdej stronie mózgu

Warto również zauważyć, że użyto 'normalnych’ małp, bez rozszerzonych kopii genu HD. Więc to badanie mogło mierzyć tylko zmiany białka i bezpieczeństwo – nie może przewidzieć poprawy u pacjentów.

Po leczeniu małpy były obserwowane przez sześć miesięcy, sprawdzano ich ogólne zdrowie i kontrolę ruchu. Operacja była dobrze tolerowana i nie zaobserwowano nowych problemów u leczonych zwierząt.

Zgodnie z oczekiwaniami, poziomy białka huntingtyny znacząco spadły w leczonych regionach. W każdym miejscu wstrzyknięcia poziom białka był zredukowany na obszarze około sześciu milimetrów średnicy – objętościowo to około trzech M&M’s na mózg. Może nie wydawać się to dużo, ale w ludzkim mózgu mogłoby to zrobić dużą różnicę, a pamiętaj, że te pomiary wykonano 6 miesięcy po jednorazowym leczeniu.

Na szczęście, lek nie spowodował żadnych szkodliwych zmian w mózgu, takich jak stan zapalny, infekcja czy uszkodzenie neuronów.

Więc lek wykonał swoje zadanie zmniejszenia poziomu białka, a leczenie nie wydawało się powodować żadnych szkodliwych efektów. Autorzy szacują, że sześć miesięcy małpich odpowiada około 18 miesiącom ludzkim. Brzmi dobrze – ale jak zauważają autorzy, u ludzi może to zająć jeszcze więcej czasu, zanim pojawią się dobre lub złe efekty.

Innowacyjna metoda dostarczania

Drugi nowy artykuł powstał w wyniku trójstronnej współpracy między zespołem Uniwersytetu Kentucky, Medtronic i firmą farmaceutyczną Alnylam Pharmaceuticals zajmującą się lekami RNAi. Został opublikowany w czasopiśmie Experimental Neurology.

To było również badanie niespecyficznego wyciszania RNAi, dostarczanego do prążkowia małp.

To, co wyróżnia tę pracę, to innowacyjna metoda dostarczania. Zastosowano technikę zwaną dostarczaniem wspomaganym konwekcją (CED). Polega ona na umieszczeniu rurek przez czaszkę i do substancji mózgu. Górny koniec rurki jest połączony z małą pompą, która stale wtryskuje lek w dół rurki pod ciśnieniem. To ciśnienie jest kluczowe – powoduje, że cząsteczka leku rozprzestrzenia się znacznie dalej niż normalnie.

CED jest już używane do rozprzestrzeniania leków chemioterapeutycznych w guzach mózgu. Ale czy zadziała to przy dostarczaniu leku RNAi?

Najpierw lek był pompowany do mózgu przez siedem dni. Leczono tylko jedną stronę mózgu, aby druga mogła służyć do porównania. Zastosowano różne dawki i szybkości infuzji, aby znaleźć najlepszą kombinację. Następnie wypróbowano 28-dniową infuzję. Sprytnie, zespół wprowadził nieszkodliwe radioaktywne modyfikacje do leku, które umożliwiły im dokładne zmierzenie, jak daleko się rozprzestrzenił.

Lek wykonał swoje zadanie zmniejszenia poziomów huntingtyny, a rurki i infuzje nie uszkodziły szczególnie mózgu.

Ale czy dodatkowy kłopot z montowaniem rurek i pomp był tego wart – czy lek rozprzestrzenił się dalej? Krótko mówiąc, tak.

Pomiary wykazały, że lek RNAi dotarł znacznie dalej niż można by się spodziewać przy prostych wstrzyknięciach. Gdyby leczono obie strony mózgu, poziomy huntingtyny zostałyby zredukowane w objętości około jedenastu M&M’s mózgu.

W skrócie…

Zanim te dwa artykuły zostały opublikowane, już wiedzieliśmy, że huntingtynę można obniżyć w mózgu małpy używając RNAi. Teraz możemy dodać dwa główne punkty do naszej listy życzeń: po pierwsze, wyciszanie działa i jest bezpieczne przez dłuższe okresy, a po drugie, istnieją sposoby na rozprzestrzenienie leku dalej.

Co może pójść nie tak?

Ostrożny optymizm jest tu mądrym podejściem. Z pewnością są rzeczy, które mogą pójść nie tak w drodze do badań na ludziach lub podczas nich.

Te badania na naczelnych wykazały, że obniżanie poziomów huntingtyny jest bezpieczne u zdrowych małp. Ale to nie znaczy, że na pewno jest bezpieczne u ludzkich pacjentów. Ludzkie mózgi są znacznie większe i bardziej złożone niż małpie mózgi. Więc leczenie może być mniej skuteczne lub bardziej niebezpieczne po prostu ze względu na różnicę gatunkową.

Możliwe jest również, że zdrowe białko w jakiś sposób chroni mózg przed jego szkodliwym bratem u ludzi. Jeśli tak jest, wyciszanie obu kopii mogłoby nieoczekiwanie przynieść więcej szkody niż pożytku.

Mózgi osób z objawami HD są prawdopodobnie bardziej kruche i trudniejsze do operowania. Części mózgu wymagające leczenia są mniejsze niż normalnie z powodu zaniku spowodowanego przez HD. Więc operacje mogą być trudniejsze i bardziej ryzykowne.

Wreszcie, wykrycie sukcesu może być trudne u ludzi, ponieważ choroba postępuje powoli, a nie możemy badać mózgów pacjentów pod mikroskopem.

Ale nigdy nie zapominaj – nad wszystkimi tymi problemami pracują razem niektóre z najlepszych umysłów naukowych na świecie, wszystkie skupione na uczynieniu skutecznych terapii rzeczywistością dla pacjentów.

2012 – rok wyciszania genów dla HD?

Czy 2012 może być rokiem wyciszania genów dla pacjentów z HD? Czy zobaczymy jedno lub więcej badań na ludziach w nadchodzących miesiącach? Na podstawie dotychczasowych postępów, faktycznie wierzymy, że to rozsądna nadzieja, a kilka grup ciężko pracuje, aby to stało się rzeczywistością. Pierwsze badania będą małe i będą prowadzone powoli i z wielką ostrożnością, ponieważ bezpieczeństwo jest najważniejsze. Ale jeśli wszystko pójdzie dobrze, nastąpią większe badania.

Dowiedz się więcej

• Artykuł w Brain o 6-miesięcznym leczeniu RNAi autorstwa Grondin i współpracowników (otwarty dostęp)
• Artykuł w Experimental Neurology o dostarczaniu RNAi wspomaganym konwekcją autorstwa Stiles i współpracowników (pełny artykuł wymaga opłaty lub subskrypcji)
• Nasz artykuł o poprzednim badaniu bezpieczeństwa na naczelnych dr Beverly Davidson