Czy nowy „oszałamiający” przełom może pomóc w leczeniu choroby Huntingtona?

W ostatnich dniach pojawiło się mnóstwo doniesień o nowej technologii o nazwie CRISPR, która została opisana jako potencjalnie mająca zastosowanie w chorobie Huntingtona. Czy ta nowa technika jest tak świetna, jak się wydaje? Możliwe — ale, jak zawsze, prawda jest bardziej skomplikowana niż sugerują nagłówki.

Gen HD i jego wyciszanie

Choroba Huntingtona jest chorobą genetyczną, co oznacza, że każdy pacjent z HD odziedziczył 'zmutowaną’ kopię określonego genu od jednego z rodziców. Obecnie nazywamy gen, w którym występuje ta mutacja, 'genem HD’.

Wszyscy ludzie mają dwie kopie tego genu HD, a większość z nich nie rozwija choroby Huntingtona. Dopiero gdy w sekwencji DNA genu HD nastąpi określona zmiana, ludzie zaczynają wykazywać objawy HD. Specyficzna mutacja, która leży u podstaw wszystkich przypadków HD, to rozszerzenie 3-literowej sekwencji kodu genetycznego, powtarzającej się sekwencji liter C-A-G, blisko jednego końca genu HD.

Zwykle geny są wykorzystywane przez komórki jako swego rodzaju przepis, który kieruje nimi, jak zbudować białko. Dzieje się tak z genem HD, więc mamy również białko HD — huntingtynę — które, jak sądzą naukowcy, faktycznie powoduje całą dysfunkcję komórkową i śmierć w HD.

Naukowcy i rodziny związane z chorobą Huntingtona są podekscytowani podejściem terapeutycznym zwanym wyciszaniem genów. Wyciszanie genów opiera się na fakcie, że komórki nie kopiują bezpośrednio DNA na białko, ale raczej na swego rodzaju niedokładną kopię, która jest wykonana z substancji chemicznej zwanej RNA. Podejścia wyciszania genów celują w tę wiadomość RNA — rozcinając ją i tym samym uniemożliwiając komórce wytwarzanie białka HD.

Brzmi dobrze, prawda? To dobry pomysł i HDBuzz jest tak samo podekscytowany jak wszyscy podejściami wyciszania genów, które szybko zmierzają w kierunku badań klinicznych. Ale uważni czytelnicy mogli zauważyć coś. Nawet jeśli wyciszanie genów zadziała, nie zmienia ono DNA, co oznacza, że każda komórka nosiciela mutacji HD nadal ma zmutowany gen HD – po prostu przestaje wytwarzać jakiekolwiek zmutowane białko.

Wyciszanie kontra edycja

Co by było, gdybyśmy mogli faktycznie edytować DNA pacjentów z chorobą Huntingtona i całkowicie usunąć mutację? Do niedawna brzmiałoby to jak szalony pomysł. Naukowcy zwykle uważają, że zbiór genów danej osoby, czyli 'genom’, jest ustalony od momentu poczęcia aż do śmierci. Owszem, mutacje pojawiają się przez całe życie — tak powstaje rak — ale są one bardziej szkodliwe niż pomocne, a nasze komórki mają potężne mechanizmy naprawy DNA, aby je naprawiać.

Całkiem niedawno naukowcy zaczęli zapożyczać genetyczne sztuczki od mikroskopijnych bakterii. Te mikroorganizmy są w ciągłej wojnie ze sobą i rozwinęły skuteczne metody cięcia DNA jako broń w tej bakteryjnej walce. Naukowcy odkryli, że możemy 'pożyczyć’ tę bakteryjną broń, aby ciąć dowolną sekwencję DNA, jaką chcą, w laboratorium.

Te narzędzia mają teraz oszałamiającą gamę nazw, w tym 'nukleazy z palcami cynkowymi (ZFN)’, 'nukleazy efektorowe podobne do aktywatorów transkrypcji (TALEN)’ i 'Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)’. Najważniejsze jest to, że wszystkie mogą być używane do cięcia DNA w określonej sekwencji docelowej.

W zasadzie narzędzia takie jak TALEN i CRISPR umożliwiają naukowcom edycję DNA – wycinanie niepożądanych części i wstawianie pożądanych, podobnie jak przy użyciu edytora tekstu do poprawienia brzydkiego akapitu. Chociaż naukowcy od dawna potrafili 'wklejać’ DNA do przerwanej nici, brakowało im narzędzi do 'cięcia’ DNA w dowolnym miejscu. Teraz je mają.

Oczywistą rzeczą do zrobienia, przynajmniej w przypadku choroby Huntingtona, jest wycięcie niektórych dodatkowych kopii powtórzenia C-A-G, które powodują chorobę. Inną możliwością jest użycie narzędzi do edycji w celu wycięcia części zmutowanego genu HD, czyniąc go bełkotem, który nigdy nie zostanie przekształcony w białko.

Najnowszą i obecnie najbardziej omawianą technologią edycji DNA jest CRISPR. Używając podejścia CRISPR, naukowcy mogą skierować kompleks tnący w dowolne miejsce w DNA danej osoby i wykonać bardzo precyzyjne cięcie.

Jeśli brzmi to znajomo, to dlatego, że jest to bardzo podobne podejście do nukleaz z motywem palca cynkowego (ZFN), o których pisaliśmy wcześniej w HDBuzz. Różnica między CRISPR a ZFN polega na tym, że element celujący ZFN jest masywny i sztucznie skonstruowany w laboratorium, podczas gdy CRISPR są kierowane bardziej precyzyjnie przy użyciu małych fragmentów RNA, co zapewnia, miejmy nadzieję, bardziej specyficzne celowanie.

CRISPR na ratunek?

CRISPR trafił na pierwsze strony gazet niedawno, ponieważ brytyjska gazeta The Independent zleciła artykuł opiniotwórczy nobliście genetykowi Craigowi Mello, który zaczął stosować tę technikę w swoim laboratorium. Naukowcy badają CRISPR co najmniej od 2007 roku. To, co zmieniło się w ciągu ostatnich kilku lat, to fakt, że CRISPR stał się coraz bardziej zaawansowanym narzędziem do manipulowania genami w laboratorium.

Istnieje kilka możliwych zastosowań tej technologii CRISPR lub w rzeczywistości każdego ’podejścia do edycji genomu’. Po pierwsze, można sobie wyobrazić leczenie bardzo wczesnych stadiów zarodków lub nawet zapłodnionych jaj, rosnących w naczyniu w klinice płodności. Przy tego rodzaju podejściu technicznie możliwe jest produkowanie dzieci bez zmutowanych genów HD, a więc bez choroby Huntingtona.

Chociaż to ekscytujące, jest to już możliwe przy użyciu prostszych technik, takich jak diagnostyka genetyczna preimplantacyjna, która opiera się na prostym badaniu genetycznym w celu identyfikacji zarodków, które noszą mutację HD. Edycja genomu posunęłaby to o krok dalej i faktycznie naprawiłaby defekt, zamiast po prostu go wykrywać.

Innym ekscytującym możliwym zastosowaniem tej technologii byłoby leczenie mózgów dorosłych nosicieli mutacji HD czymś takim jak CRISPR, celując w ich zmutowany gen HD w celu korekcji. To zastosowanie wywołało tak wiele spekulacji w prasie – czy moglibyśmy użyć tych nowych narzędzi do edycji genomu, aby naprawić faktyczny defekt, który powoduje choroby genetyczne, takie jak HD?

Co już się dzieje?

W rzeczywistości, jak informowaliśmy w 2012 roku, testowanie edycji genomu w chorobie Huntingtona jest już w pełnym toku! Firma o nazwie Sangamo Biosciences współpracuje z CHDI Foundation, Inc. nad rozwojem nukleaz z motywem palca cynkowego jako terapii dla HD. Opracowali już ZFN, które specyficznie wiążą się i przecinają w pobliżu rozszerzonego traktu C-A-G w genie HD, co prowadzi do przerwania ekspresji genu HD.

W tym tygodniu, na spotkaniu Society for Neuroscience w San Diego, CA, Sangamo przedstawiło najnowsze wyniki dotyczące ZFN ukierunkowanych na gen HD. Obecne wysiłki Sangamo koncentrują się na wyciszaniu genu, a nie na bezpośrednim jego edytowaniu. Po raz pierwszy opisali oni prace sugerujące, że ich ZFN były korzystne w mysim modelu HD. W ich komunikacie prasowym zaznaczono, że „w regionach mózgu zwierząt leczonych ZFP Therapeutic, naukowcy zaobserwowali zmniejszenie agregatów zmutowanego białka huntingtyny”. Dodają, że myszy leczone w ten sposób wykazywały pewną poprawę behawioralnych objawów choroby.

Co jest nadzieją, a co przesadą?

Technologie edycji genomu, takie jak CRISPR i ZFN, są jednymi z najbardziej ekscytujących postępów laboratoryjnych ostatnich lat. Ich potencjalne zastosowanie zarówno w laboratorium, jak i w klinice prawdopodobnie będzie ogromne, ale musimy wziąć pod uwagę ograniczenia ich stosowania w chorobie Huntingtona.

Najważniejszym ograniczeniem w stosowaniu CRISPR i pokrewnych podejść do edycji genomu jest dostarczenie, dostarczenie, dostarczenie. Ponieważ te terapie opierają się na dużych cząsteczkach białkowych, nie są to leki, które można przyjmować w postaci tabletki: muszą być dostarczane do mózgu za pomocą zastrzyków, pakowane w wirusy lub podobną technologię.

Na przykład, jeśli spojrzysz na komunikat prasowy Sangamo dotyczący ZFN w mysich modelach HD, są oni ostrożni w stwierdzeniu, że nastąpiła poprawa w zakresie agregatów w „regionach mózgu zwierząt leczonych ZFP Therapeutic”. Prawdopodobnie jest to mała część mysiego mózgu, która stanowiłaby bardzo niewielki ułamek ludzkiego mózgu — chyba że drastycznie poprawimy technologię dostarczania.

Ten rodzaj terapii, który obejmuje dostarczanie genu do tkanek pacjentów, nazywa się terapią genową. Każda terapia genowa HD będzie wymagała operacji mózgu, aby wprowadzić wirus do mózgu, a następnie rozprzestrzeni się tylko na małą część tkanki mózgowej, przynajmniej przy użyciu istniejącej technologii.

Chociaż nowsza technika CRISPR może nieco ułatwić i zwiększyć precyzję, nie jest nawet bliska rozwiązania problemu dostarczania.

Ze względu na te problemy z dostarczaniem, sprawienie, by terapia genowa zadziałała w przypadku chorób neurodegeneracyjnych, będzie długim procesem. W chorobie Huntingtona mamy również problem polegający na tym, że możemy potrzebować dostarczyć lek do całego mózgu, aby naprawić wszystkie objawy HD, a nie tylko małe jego fragmenty. To prawdopodobnie okaże się stosunkowo łatwe u myszy, której mózg waży mniej niż pół grama, ale będzie znacznie trudniejsze u ludzi, których mózgi ważą około 1300 gramów.

Dla pacjentów z chorobą Huntingtona te nowe technologie pozostają interesującą techniką laboratoryjną — i taką, którą warto kontynuować — ale dopóki ktoś nie wykaże, że mogą objąć wystarczającą część mózgu, aby coś zmienić, nie przejdą one do zastosowania u ludzi. Jednak naprawa genomów osób z chorobami genetycznymi może w przyszłości stać się standardowym leczeniem, i bardzo ekscytujące jest obserwowanie pierwszych kroków na tej długiej drodze.

Dowiedz się więcej

• Artykuł HDBuzz opisujący udaną edycję genomu w mysim modelu hemofilii
• Artykuł HDBuzz opisujący edycję genomu za pomocą nukleaz z palcami cynkowymi.
• Artykuł HDBuzz o przedimplantacyjnej diagnostyce genetycznej – sposobie na posiadanie dzieci wolnych od ryzyka HD
• Artykuł The Independent o technice CRISPR
• Artykuł z Nature Biotechnology z 2013 roku o wykorzystaniu techniki CRISPR do edycji genomu. (pełny artykuł wymaga opłaty lub subskrypcji)