Dać chorobie Huntingtona po palcach? Dwa zespoły donoszą o sukcesie leków z palcami cynkowymi w komórkach i myszach
Sukces w komórkach choroby Huntingtona i myszach dla leków z palcami cynkowymi, które redukują produkcję szkodliwego białka
Projektowanie leków, które każą naszym komórkom produkować mniej szkodliwego zmutowanego białka huntingtyny, to jedno z najbardziej obiecujących podejść do leczenia choroby Huntingtona. Większość dotychczasowych prób obniżenia huntingtyny próbowała 'strzelać do posłańca’ zamiast atakować źródło wiadomości – samo DNA. Teraz dwa niezależne doniesienia o sukcesie u myszy z HD dały impuls lekom z 'palcami cynkowymi’ – które oddziałują bezpośrednio z samym genem HD. To wczesny etap tej nowej technologii: co wiemy i jakie wyzwania nas czekają?
Co to są te palce cynkowe?
Cynk to błyszczący metal znajdujący się w 'srebrnych’ monetach, bateriach i białej farbie. Ale nasze własne ciała używają cynku do intrygującego celu – który badacze mają nadzieję wykorzystać do walki z chorobą Huntingtona. Okazuje się, że cynk jest niezwykle ważny dla umożliwienia komórkom kontrolowania poziomów aktywności różnych genów w naszym DNA.
Pamiętaj, że gen to zestaw instrukcji, zapisanych przy użyciu chemicznych 'liter’ A, C, G i T. Każdy gen ma inną sekwencję liter, a komórki używają białek zawierających cynk, żeby pomagać kontrolować poszczególne geny na podstawie ich specyficznej sekwencji liter.
Kiedy cynk łączy się z białkiem kontrolującym geny, tworzy 'białka z palcami cynkowymi’ – tak nazywane, bo mogą wbijać się w ciasną bruzdę między dwoma nićmi DNA i dotykać sekwencji, dla której zostały stworzone.
Pojedynczy palec cynkowy może dotknąć dowolne trzy litery, w zależności od układu cynku i części białkowych, które go tworzą. Więc jeden palec cynkowy mógłby przyczepiać się do sekwencji 'ATG’, podczas gdy inny mógłby celować w 'CAG’.
Ekscytująca część polega na tym, że poszczególne palce cynkowe można łączyć razem w sekwencji. Łącząc te dwa razem, skończyłbyś z jedną cząsteczką, która przyczepią się do 6-literowej sekwencji ATG-CAG.
Projektowane palce
Po dziesięcioleciach pracy nad dekodowaniem i zrozumieniem działania DNA i naszych genów, naukowcy mogą teraz tworzyć syntetyczne palce cynkowe, zaprojektowane tak, żeby przyczepiały się do dowolnej sekwencji DNA, jakiej chcą.
Co więcej, te syntetyczne cząsteczki palców cynkowych można modyfikować i pakować z innymi lekami, żeby produkować wielofunkcyjne narzędzia wiążące DNA, które mogą przyczepiać się, kroić, kleić i blokować.
Ponieważ choroba Huntingtona jest spowodowana przez pojedynczy wadliwy gen, to dobry kandydat do badań nad lekami z palcami cynkowymi.
Choroba Huntingtona występuje, gdy osoba ma błąd w pisowni w genie, który mówi komórkom, jak wytwarzać określone białko – nazywane huntingtyną. Kiedy osoba ma zbyt wiele CAG z rzędu blisko początku genu huntingtyny, szkodliwa 'zmutowana’ forma białka jest produkowana na podstawie instrukcji w genie.
Blokowanie genu HD u źródła
Dwie grupy badaczy – jedna to zespół akademicki z Barcelony w Hiszpanii; druga to firma biotechnologiczna z Kalifornii nazywana Sangamo – właśnie ogłosiły udane eksperymenty używające leków z palcami cynkowymi celujących w gen choroby Huntingtona.
Wyniki hiszpańskiego zespołu zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie PNAS. Odkrycia Sangamo zostały przedstawione na niedawnym spotkaniu Society for Neuroscience w Nowym Orleanie, gdzie HDBuzz był na widowni.
Oba zespoły zaprojektowały cząsteczki palców cynkowych, które przyczepiałyby się do 'traktu CAG’ genu huntingtyny i mówiły komórkom, żeby nie czytały genu.
Łańcuchy palców cynkowych zostały wybrane i dopracowane, żeby próbować sprawić, by przyczepiały się jak najbardziej do szkodliwie długich odcinków CAG bez przyczepiania się do odcinków o normalnej długości. Hiszpański zespół chwytliwie nazwał to podejściem 'molekularnej taśmy mierniczej’.
Po odrobinie chemicznego majsterkowania każdy zespół przetestował swoje najlepsze kandydujące receptury palców cynkowych w komórkach rosnących w szalce Petriego.
„Gdy palec cynkowy namierzy konkretną sekwencję DNA, teoretycznie możliwe są różne ekscytujące rzeczy.”
Rozprzestrzenianie się wirusowe
Niestety, naukowcy nie mogą po prostu zaprojektować i stworzyć leku z palcami cynkowymi i spryskać nim komórki, czy włożyć go do pigułki. Będąc białkami, leki z palcami cynkowymi są duże, złożone i delikatne. Jeśli zostałyby połknięte jako tabletka, lek zostałby rozłożony przez układ trawienny.
Nawet jeśli podany jako zastrzyk do krwi, białko palca cynkowego nie dotarłoby do mózgu, nie mówiąc już o dotarciu do jądra naszych neuronów, gdzie musi być, żeby wykonać swoją pracę.
Żeby rozwiązać ten problem, badacze mogą używać wirusów do 'autostopu’ do jądra komórek.
Po wybraniu łańcucha białka palca cynkowego, jakiego chcą, dość proste jest zaprojektowanie sekwencji DNA, która powie komórkom, żeby wytwarzały właśnie to białko. Ta sekwencja DNA może być następnie włożona do cząstek wirusa nazywanego AAV, który jest nieszkodliwy, ale dobry w infekowaniu neuronów.
Kiedy wirus spotka odpowiednią komórkę, wstrzykuje swój ładunek DNA do komórki, zamieniając komórkę w fabrykę do wytwarzania leku z palcami cynkowymi!
Testowanie w komórkach
Hiszpański zespół dopracował swoich najlepszych kandydatów na palce cynkowe w kilku typach różnych genetycznie zmodyfikowanych komórek i komórek wyhodowanych ze skóry pacjentów z chorobą Huntingtona. Badacze Sangamo używali też tych komórek pacjentów z HD, a także komórek mózgowych z modelu myszy HD.
Leki z palcami cynkowymi obu zespołów wykonały zadanie redukcji aktywności genów zawierających długie odcinki CAG.
Efekty poza celem
Jest tu możliwy problem. Gen huntingtyny nie jest jedynym z długim odcinkiem CAG – wiele innych genów też je ma. Więc lek, który celuje w trakty CAG, mógłby wyłączyć też te geny, co mogłoby skończyć się wyrządzeniem więcej szkody niż pożytku.
Dziwactwo genu huntingtyny może być pomocne, jeśli chodzi o unikanie tych 'efektów poza celem’. Trakt CAG w genie huntingtyny znajduje się bardzo blisko początku genu, gdzie efekty leków z palcami cynkowymi działają najsilniej.
Obie grupy wykonały pomiary, żeby zobaczyć, czy inne geny są dotknięte przez lek z palcami cynkowymi, i znalazły wyniki, które były ogólnie uspokajające. Wszelkie efekty były małe w porównaniu z pożądanym działaniem na zmutowany gen huntingtyny.
Czas na myszy
Hiszpański zespół, który jest nieco dalej w swojej pracy, przeszedł na następny poziom, testując swojego najlepszego kandydata na palce cynkowe w modelu myszy choroby Huntingtona.
Dały myszom pojedynczy zastrzyk do mózgu, zawierający cząstki wirusa zapakowane z instrukcjami DNA wytwarzającymi lek z palcami cynkowymi.
Aktywność zmutowanego genu huntingtyny została zredukowana o około 50% w mózgu blisko miejsca zastrzyku. Pojawienie się grudek zmutowanego białka huntingtyny zostało też zredukowane o około 40%. Nie było dowodów na szkodliwe efekty jak utrata wagi, ale badanie było zbyt małe, żeby wiedzieć, czy lek z palcami cynkowymi poprawił objawy.
Poczekaj chwilę – czy to nie jest po prostu wyciszanie genów?
Jeśli to, co przeczytałeś tutaj o technologii palców cynkowych, przypomina ci metody 'wyciszania genów’ czy 'obniżania huntingtyny’ do leczenia choroby Huntingtona, daj sobie złotą gwiazdkę. To, co te grupy próbują, to w zasadzie jest 'wyciszanie genów’, z pewnym zwrotem – jest skierowane bezpośrednio na DNA, zamiast celować w 'cząsteczkę wiadomości’ nazywaną RNA.
Do tej pory większość prób obniżenia produkcji huntingtyny skupiała się na cząsteczce wiadomości RNA, bo łatwiej jest projektować leki, które celują w RNA niż DNA. RNA unosi się w komórkach w pojedynczej nici, podczas gdy DNA jest ukryte w jądrze naszych komórek. Co więcej, leki wyciszające RNA istnieją dłużej i niektóre nie muszą być pakowane w cząstki wirusów.
Skoro leki wyciszające geny oparte na RNA były do tej pory skuteczne, po co zawracać sobie głowę większym wyzwaniem celowania w DNA samego genu huntingtyny, zwłaszcza jeśli oznacza to radzenie sobie z cząstkami wirusów i dużymi, delikatnymi lekami zrobionymi z białka? To rozsądne pytanie i są trzy główne odpowiedzi.
Pierwsza ma związek z dotarciem do korzenia choroby Huntingtona. Wiemy na pewno, że mutacja w genie huntingtyny to ostateczny powód, dla którego ludzie dostają HD. Atakowanie DNA palcami cynkowymi oznacza celowanie w znaną przyczynę choroby. Podczas gdy RNA to niezbędny krok w wytwarzaniu zmutowanego białka, to jeden krok oddalony od ostatecznej przyczyny. Entuzjaści palców cynkowych wierzą, że warto próbować pokonać dodatkowe przeszkody w opracowywaniu leków celujących w DNA, z powodu szansy, że końcowy rezultat może być bezpieczniejszy i bardziej skuteczny.
Druga dotyczy RNA. Tradycyjnie biolodzy zakładali, że RNA nie robi bezpośrednio użytecznych czy szkodliwych rzeczy – po prostu tam siedzi, niosąc informację i będąc czytane przez maszynerie komórkowe. Jednak teraz wiemy, że jest w tym więcej, i jest kilka chorób genetycznych, gdzie RNA jest bezpośrednio trujące dla komórek, zamiast po prostu nieść szkodliwą wiadomość.
Podczas gdy wszyscy zgadzają się, że zmutowane białko huntingtyny to główna przyczyna szkody w chorobie Huntingtona, niektórzy badacze myślą, że RNA huntingtyny mogłoby być dodatkowym źródłem uszkodzeń. Inni się nie zgadzają, ale jeśli RNA może być szkodliwe, wydaje się idealne zapobiegać jego wytwarzaniu, zamiast pozbywać się go później.
Ostateczny powód dotyczy wyjścia poza wyciszanie. W palcach cynkowych jest więcej niż redukowanie aktywności genów. Gdy palec cynkowy wyceluje w określoną sekwencję DNA, teoretycznie możliwe jest wiele ekscytujących rzeczy.
Myśląc wiele lat w przyszłość, możliwe jest, że palce cynkowe mogłyby być używane do kierowania molekularnych nożyc i kleju do zmutowanego genu HD, 'wycinając’ niechciane powtórzenia CAG. To nazywa się edycją genomu i to jedno z podejść, którymi Sangamo i inni są zainteresowani.
Zalety, wady
Większość badaczy HD, z którymi rozmawiamy, twierdzi, że palce cynkowe są „całkiem fajne” jako metoda leczenia choroby Huntingtona, i skłaniamy się ku temu, by się z nimi zgodzić. Walka z HD na poziomie DNA, czyli na poziomie ostatecznej przyczyny problemu, to zdecydowanie coś, co powinniśmy spróbować, i cieszymy się, że postępy zostały zgłoszone niezależnie przez dwie grupy w krótkim czasie.
Ważne jest, żeby pamiętać, że dopracowanie tych technik zajmie dużo czasu, które są wciąż na wczesnym etapie w procesie rozwoju leków – a rzeczy jak edycja genomu zajmą dziesięciolecia, żeby dojść do realizacji dla pacjentów z HD.
Tymczasem wszyscy w HD pozostają podekscytowani trwającymi wysiłkami na całym świecie, żeby obniżyć poziomy huntingtyny przez celowanie w RNA. Te techniki są znacznie dalej i powinny wkrótce wchodzić w próby na ludziach.
Dowiedz się więcej
Więcej informacji o naszej polityce ujawniania informacji znajdziesz w naszym FAQ…
