Rzucamy światło na huntingtynę: narzędzie do pomiaru obniżania poziomu huntingtyny w czasie rzeczywistym

Niedawno do zestawu narzędzi badawczych choroby Huntingtona dodano możliwość „zobaczenia”, jak dobrze działają leki obniżające poziom huntingtyny w mózgach zwierzęcych modeli HD. Międzynarodowy zespół naukowców z Belgii, Niemiec, USA i Wielkiej Brytanii przetestował niedawno opracowane narzędzie, zwane ligandem PET, na mysich modelach HD. Gdy myszy te były leczone terapią obniżającą poziom huntingtyny, badacze mogli śledzić skuteczność leczenia.

Czym są ligandy PET i dlaczego potrzebujemy ich w zestawie narzędzi badawczych HD?

Ligandy PET lub znaczniki PET to narzędzia chemiczne, które pozwalają naukowcom i klinicystom „zajrzeć” do różnych części ciała. Po podaniu ligandu PET, zwykle poprzez wypicie płynu lub zastrzyk dożylny, wykonywane są zdjęcia w skanerze PET, a określony region lub cecha ciała zostaje podświetlona. Metoda ta jest często stosowana w przypadku nowotworów, chorób serca i zaburzeń mózgu w regularnych odstępach czasu, aby pomóc klinicystom w diagnozie, śledzeniu postępu choroby lub zrozumieniu skuteczności leczenia.

Osoby z HD mają rozszerzoną formę genu huntingtyny, który wytwarza toksyczną formę białka huntingtyny. Ta toksyczna forma białka nie może się prawidłowo złożyć i tworzy skupiska, które gromadzą się z czasem. Wiele różnych firm i organizacji bada leki obniżające poziom huntingtyny, których celem jest zmniejszenie skupisk lub ilości wytwarzanego toksycznego białka huntingtyny. Leki te są badane w laboratoriach i klinikach i występują w różnych formach, w tym jako oligonukleotydy antysensowne, terapia genowa i podejścia modulujące splicing, o których pisaliśmy tutaj. Ligand PET w tym niedawnym badaniu, o którym pisaliśmy już wcześniej, wiąże się z toksycznymi skupiskami huntingtyny i może być używany do ich wizualizacji. Może to być przydatne do śledzenia gromadzenia się huntingtyny w mózgu danej osoby w czasie, a także zmian poziomu huntingtyny w odpowiedzi na leki obniżające jej poziom.

Pomysł wykorzystania ligandu PET do śledzenia terapii HD jest atrakcyjny z kilku powodów. Po pierwsze, procedura jest nieinwazyjna, więc może oferować mniej uciążliwy sposób śledzenia zmian poziomu huntingtyny w porównaniu z obecnymi metodami, które wymagają analizy płynu rdzeniowego pobranego przez nakłucie lędźwiowe. Po drugie, ligandy PET pozwoliłyby nam zobaczyć dokładnie, które regiony mózgu mają jaki poziom obniżenia huntingtyny, podczas gdy pomiar płynu rdzeniowego jest tylko przybliżeniem tego, co dzieje się w całym mózgu. Po trzecie, ligandy PET dałyby specyficzny odczyt dla zmutowanej formy białka huntingtyny, podczas gdy większość obecnych metod mierzy całkowity poziom huntingtyny – zarówno normalnej, jak i toksycznej formy białka.

Ligandy PET mogą pomóc nam badać postęp objawów podobnych do HD w modelach zwierzęcych

Autorzy tego niedawnego artykułu najpierw ocenili, jak dobrze ligand PET może wiązać się z toksycznymi skupiskami białka w wypreparowanych próbkach mózgu z różnych mysich modeli HD. Wykazali, że ligand PET świecił coraz mocniej w różnych regionach mózgu w miarę starzenia się myszy HD, podczas gdy mózgi myszy bez HD pozostawały ciemne. Było to zgodne z pojawianiem się skupisk huntingtyny, które można było zobaczyć przy użyciu sprytnego „barwienia” pod mikroskopem.

Następnie wykazali, że ligand PET wiązał się z dokładnie tymi samymi skupiskami w próbkach mózgu z mysich modeli HD, a także w pośmiertnej próbce mózgu pacjenta z HD. To dobra wiadomość; oznacza to, że ligand PET wiąże się z oczekiwanym celem – toksycznymi skupiskami huntingtyny.

Następnie badacze przyjrzeli się, jak ligand PET był w stanie śledzić oznaki HD u żywych modeli mysich w ciągu ich życia. Skany PET wykonywano w 4 punktach czasowych i u normalnych myszy nie zaobserwowano żadnych zmian, ale u myszy z modelem HD ich mózgi rozświetlały się z czasem, wskazując na gromadzenie się toksycznych skupisk białka huntingtyny.

Śledzenie efektów terapii obniżającej poziom huntingtyny w mózgu w czasie rzeczywistym

Aby sprawdzić, czy nowy ligand PET byłby przydatny do pomiaru skuteczności terapii HD, różne mysie modele HD były leczone lekiem obniżającym poziom huntingtyny. Lek użyty w tym badaniu to jednorazowa terapia genowa, w której wirus jest wstrzykiwany do mózgu. HDBuzz pisał o tym typie leku obniżającego poziom huntingtyny, zwanym ZFP, jako o możliwym leczeniu HD, i chociaż wykazują one obiecujące wyniki w modelach laboratoryjnych, nie zostały jeszcze przetestowane na ludziach w badaniu klinicznym.

Aby monitorować efekty ZFP w czasie, myszy HD otrzymały prawdziwe leczenie ZFP w jednej połowie mózgu, a pozorowane, czyli „kontrolne” leczenie w drugiej. Seria skanów PET w czasie pokazała, że w okolicy mózgu, gdzie wstrzyknięto prawdziwy ZFP, było mniej skupisk toksycznej huntingtyny w porównaniu ze stroną leczoną pozornie. Podanie leku ZFP w młodszym wieku było bardziej skuteczne niż podanie go później. To odkrycie jest ważne, ponieważ sugeruje, że być może terapie obniżające poziom huntingtyny mogą działać najlepiej we bardzo wczesnych stadiach choroby.

Oprócz obserwacji skupisk huntingtyny za pomocą nowego ligandu PET, zespół przyjrzał się również markerom specyficznych typów komórek mózgowych zwanych neuronami kolczystymi średnimi. U osób z HD ten typ komórek mózgowych ulega uszkodzeniu w miarę postępu choroby. Myszy leczone ZFP obniżającym poziom huntingtyny miały więcej oznak zdrowych neuronów kolczystych średnich niż myszy kontrolne, co może wskazywać, że zmniejszenie poziomu toksycznego białka huntingtyny może chronić komórki nerwowe.

Co ważne, naukowcy powtórzyli swoje odkrycia na jeszcze innym mysim modelu HD, z dodatkową metodą obniżania poziomu huntingtyny. Przeprowadzili również wiele ważnych eksperymentów kontrolnych, aby udowodnić, że ich narzędzia eksperymentalne – zwierzęta HD, terapie obniżające poziom huntingtyny i ligandy PET – działały prawidłowo. Najważniejszym wnioskiem ze wszystkich tych eksperymentów jest to, że ten nowy ligand PET jest przydatny do pomiaru skupisk toksycznej huntingtyny w wielu modelach leczonych różnymi lekami w czasie. Ponadto ligandy PET potwierdzają, że terapie obniżające poziom huntingtyny działają najlepiej, gdy są podawane we wczesnym stadium choroby.

Co dalej z ligandami PET huntingtyny?

Chociaż to dobra wiadomość, że to narzędzie może być używane do śledzenia objawów i pozwala nam „zobaczyć” efekty terapii obniżających poziom huntingtyny w mysich modelach HD, pozostaje do zobaczenia, czy te narzędzia są równie przydatne u ludzi z HD. Trwa już badanie mające na celu sprawdzenie, czy ligand PET huntingtyny jest bezpieczny dla ludzi. Jeśli okaże się bezpieczny, kolejne badania będą musiały wykazać, że to narzędzie może być używane do śledzenia postępu objawów HD u ludzi. Co najważniejsze, badacze HD będą bardzo chcieli wiedzieć, czy ligand PET może być używany do monitorowania, jak leki obniżające poziom huntingtyny mogą spowolnić lub przerwać gromadzenie się toksycznych skupisk u ludzi.

Autorzy tego artykułu zwracają również uwagę na szereg innych wyzwań związanych z obecnym stosowaniem tego ligandu PET. Najważniejsze jest to, że nie wiemy jeszcze, jak pomiar poziomów huntingtyny za pomocą ligandu PET wypada w porównaniu z obecnie stosowaną metodą analizy płynu rdzeniowego – bezpośrednia analiza tych dwóch podejść będzie niezbędna, aby naukowcy mogli zrozumieć, co wszystkie te różne odczyty mogą nam powiedzieć.

Spodziewamy się więcej dyskusji na temat ligandu PET huntingtyny podczas nadchodzącego spotkania CHDI, więc śledźcie tę przestrzeń, aby uzyskać więcej aktualizacji.

Dowiedz się więcej

• Opracowanie ligandu do obrazowania in vivo zmutowanej huntingtyny w chorobie Huntingtona (pełny artykuł wymaga opłaty lub subskrypcji)