Naprawianie przepisu: Zmniejszanie fragmentu huntingtyny

Nowe badanie pokazuje, że zmniejszanie szkodliwego fragmentu wiadomości huntingtyny (Htt1a) skuteczniej redukuje objawy związane z chorobą Huntingtona u myszy niż celowanie w pełnowymiarową HTT. Sugeruje to, że strategie skupiające się na redukcji HTT1a mogą być bardziej korzystne!

Czym są transkrypty RNA?

Twoje ciało działa zgodnie z prostym przepływem informacji genetycznej. Już w 1957 roku Francis Crick opisał to jako fundamentalny proces biologii: DNA replikuje się i służy jako matryca do tworzenia RNA, a RNA jest następnie wykorzystywane do produkcji białek. Wiadomości RNA – znane jako transkrypty – to cząsteczki używane jako instrukcje do tworzenia białek. Pomyśl o DNA jako o spisanych pojedynczych składnikach, RNA jako o przepisie, a białkach jako o gotowym posiłku.

Naukowcy są szczególnie zainteresowani RNA, jeśli chodzi o leczenie chorób o znanych przyczynach genetycznych. Zamiast próbować pozbyć się szkodliwych białek po ich wytworzeniu, skuteczniejsze może być powstrzymanie ich produkcji od samego początku. Wiąże się to z celowaniem w cząsteczki RNA, zanim zostaną użyte do produkcji białek.

Ta idea jest szczególnie ważna w przypadku choroby Huntingtona (HD), ponieważ badacze poszukują sposobów na celowanie w RNA, które przenosi instrukcje do produkcji huntingtyny (HTT), w celu wytworzenia mniejszej ilości toksycznego białka, a tym samym poprawy objawów.

HTT1a: Toksyczny fragment

Choroba Huntingtona jest spowodowana rozszerzoną, powtarzającą się sekcją liter DNA C-A-G w genie HTT. Ten rozszerzony gen wytwarza nieprawidłową wersję białka HTT, z dodatkowym, długim segmentem, który powoduje jego nieprawidłowe fałdowanie. Zamiast wykonywać swoją normalną pracę, nieprawidłowo sfałdowane białko staje się lepkie i zaczyna się zlepiać, uszkadzając neurony i przyspieszając objawy. Pomyśl o tym jak o przepisie na ciasto limonkowo-cytrynowe, w którym jedna instrukcja jest przypadkowo powtarzana w kółko: dodanie jednej łyżeczki soli sprawia, że jest smaczne, ale dodatkowe dwadzieścia zrujnuje ciasto.

Ale to nie cała historia. Mutacja genetyczna nie tylko wpływa na ostateczne białko – może również zakłócać sposób tworzenia instrukcji genu (informacyjnego RNA, czyli mRNA). Czasami instrukcje są przedwcześnie obcinane, co prowadzi do powstania krótszej wersji wiadomości HTT, zwanej HTT1a. Tworzy to maleńką i potencjalnie bardziej szkodliwą wersję białka huntingtyny. To krótsze białko HTT1a łatwiej się zlepia i może powodować jeszcze większą toksyczność w komórkach mózgowych. Wyobraź sobie, że oprócz wielokrotnego dodawania soli, twój przepis zawiera całe limonki (ze skórką) wraz z sokiem z limonki. W tym momencie całe ciasto jest niejadalne!

Wszystko to może brzmieć jak przepis na katastrofę, ale wskazuje również na możliwe rozwiązanie. Zamiast próbować naprawić ostateczny, uszkodzony produkt, badacze idą prosto do źródła: mRNA, czyli samego przepisu.

siRNA: Gumka biologii

siRNA, czyli małe interferujące RNA, to narzędzie, którego naukowcy używają do zmniejszania ilości mRNA w komórce. Poprzez celowanie i rozkładanie specyficznego mRNA, siRNA skutecznie zapobiega produkcji niektórych białek. Jeśli mRNA jest przepisem na danie, siRNA działa jak ołówek, który wymazuje niektóre słowa składników, tak że po prostu musisz je pominąć. Bez wszystkich dodatkowych łyżek soli i całych limonek, twoje ciasto wyjdzie zgodnie z planem (miejmy nadzieję, że pyszne).

Nadal nie jest jasne, czy celowanie w pełnowymiarową HTT, HTT1a, czy w oba te elementy poprawiłoby wyniki w chorobie Huntingtona. Obecnie w fazie rozwoju jest wiele terapii wykorzystujących te różne metody: AMT-130 (uniQure), ALN-HTT2 (Alnylam) i V0659 (Vico) celują zarówno w pełnowymiarową HTT, jak i HTT1a, natomiast tominersen (Roche), votoplam (Novartis) i SKY-0515 (Skyhawk) prawdopodobnie celują tylko w pełnowymiarową HTT. Tominersen jest jedyną terapią obniżającą poziom HTT, która została oceniona w zaawansowanym (faza 3) badaniu klinicznym; nie wykazała żadnych korzyści, ale może to nie mieć nic wspólnego z HTT1a.

Co było badane?

Badanie opublikowane w zeszłym miesiącu bada, czy siRNA, które celują w pełnowymiarowe transkrypty HTT lub HTT1a, mogą poprawić objawy u myszy z chorobą Huntingtona, oraz czy celowanie w jeden, drugi, czy w oba działa najlepiej. We wcześniejszym badaniu ci sami badacze zmniejszyli poziomy tych wiadomości genetycznych poprzez genetyczną modyfikację myszy. Jednak użycie leku do wstrzykiwań ma większy potencjał adaptacji do rzeczywistego zastosowania u ludzi.

Badacze zaprojektowali dwa siRNA – jeden, który celuje w pełnowymiarową HTT, i jeden celujący w HTT1a. Po potwierdzeniu, że te siRNA działają, wstrzyknęli je do mózgów myszy z chorobą Huntingtona. W badaniach nad chorobą Huntingtona używa się różnych typów myszy z chorobą Huntingtona w zależności od ich cech. Ta, której użyli w tym badaniu, ma pewne cechy choroby Huntingtona, które postępują w czasie, takie jak pojawienie się agregatów HTT, zwłaszcza w jądrze komórek mózgowych, oraz dysfunkcja w sposobie włączania i wyłączania sieci genów. Aby ocenić skuteczność tego podejścia, badacze zaprojektowali badanie interwencyjne i podzielili myszy na trzy główne grupy:

• Grupa wczesna: wstrzyknięcia w bardzo wczesnych stadiach choroby (2 miesiące) i analiza w miarę pogarszania się objawów (6 miesięcy)
• Grupa podwójna: wstrzyknięcia we wczesnych i średnich stadiach choroby (2 i 6 miesięcy) i analiza w szczycie objawów (10 miesięcy)
• Grupa późna: wstrzyknięcia w średnim stadium choroby (6 miesięcy) i analiza w szczycie objawów (10 miesięcy)

Te grupy porównano, aby sprawdzić, czy wcześniejsze leczenie, późniejsze leczenie, czy powtarzane dawkowanie prowadzi do lepszych wyników.

Wyróżnienie hipokampu

Po wstrzyknięciu każdej kohorcie myszy siRNA zaprojektowanych do celowania w pełnowymiarową Htt lub Htt1a, odczekano kilka miesięcy i zmierzono ilość białka HTT i HTT1a w różnych częściach mózgu. W porównaniu z myszami nieleczonymi, stwierdzono, że oba były najskuteczniejsze w hipokampie, części mózgu odpowiedzialnej za emocje i pamięć.

Zazwyczaj nie bada się patologii choroby Huntingtona w tym miejscu; badania zazwyczaj koncentrują się na prążkowiu, które głównie kontroluje funkcje motoryczne i wykonawcze. Chociaż badacze zbadali prążkowie, zaobserwowali jedynie niewielkie zmniejszenie poziomu HTT i brak zmian w poziomach HTT1a. Ale choroba Huntingtona dotyka całego mózgu, a naukowcy często podążają za danymi tam, gdzie ich prowadzą! Ponieważ ich odkrycia doprowadziły ich do hipokampu, stał się on głównym przedmiotem pozostałej części badania.

Chociaż oba siRNA zmniejszyły poziom białka w hipokampie, celowanie w Htt1a miało dodatkową korzyść: opóźniło zlepianie się białka HTT. Powstało mniej agregatów, a u myszy z grupy podwójnego leczenia agregaty w jądrze w ogóle się nie pojawiły. Ogólnie rzecz biorąc, tylko leczenie HTT1a wydawało się zmniejszać zarówno ilość, jak i nasilenie toksycznych nagromadzeń białka w hipokampie.

Obie terapie miały pozytywny wpływ na aktywność genów związaną z chorobą Huntingtona u myszy w kohortach wczesnej i podwójnej, choć siRNA Htt1a miało bardziej wyraźny efekt. Jednak grupa późna wykazała niewielkie korzyści z leczenia, a niektóre objawy choroby mogły się nawet pogorszyć. Ogólnie rzecz biorąc, wyniki sugerują, że to podejście działa najlepiej, gdy jest podawane wcześnie, i wydaje się mniej skuteczne, jeśli rozpoczyna się je w późniejszym stadium progresji choroby.

Dlaczego to ma znaczenie?

To badanie pokazuje, że sposób, w jaki pełnowymiarowe białka HTT i HTT1a są zaangażowane w tworzenie agregatów HTT, jest złożony i może różnić się w zależności od typu komórki mózgowej (hipokamp versus prążkowie). Jednak większość korzyści zaobserwowanych w przeprowadzonych eksperymentach wynika z obniżania poziomu HTT1a, co powinno być brane pod uwagę przy projektowaniu terapii choroby Huntingtona. Ogólnie rzecz biorąc, sugeruje to, że przyszłe terapie mogą działać najlepiej, jeśli zmniejszą zarówno HTT, jak i HTT1a, lub jeśli zostaną zaprojektowane tak, aby specyficznie celować w HTT1a u ludzi.

Podsumowanie

• W chorobie Huntingtona wadliwe RNA może produkować zarówno pełnowymiarowe białko huntingtyny, jak i krótszą, bardziej toksyczną wersję zwaną HTT1a, która przyczynia się do toksyczności HTT i początku objawów.
• W tym badaniu naukowcy opracowali terapie siRNA, które obniżyły poziomy HTT i HTT1a w mózgach myszy, zmniejszyły toksyczne zlepianie się białek i poprawiły nieprawidłową aktywność genów związanych z chorobą Huntingtona.
• Celowanie w HTT1a było skuteczniejsze niż celowanie w pełnowymiarową HTT.
• Ogólnie rzecz biorąc, wyniki sugerują, że redukcja HTT1a jest ważna, a przyszłe terapie mogą działać najlepiej, celując bezpośrednio w HTT1a lub w HTT i HTT1a razem.