Kontrola skanowania DNA w celu spowolnienia ekspansji powtórzeń CAG

Zespół naukowców odkrył małe cząsteczki, które blokują białko naprawy DNA- MSH3, uważane za kluczowy czynnik wzrostu powtórzeń w chorobie Huntingtona (HD). Choć prace te są wciąż na wczesnym etapie, otwierają one drogę do nowej strategii terapeutycznej: spowolnienia HD, zanim pojawią się objawy. Przyjrzyjmy się bliżej ich odkryciom.

Niestabilne C-A-Gs

Choroba Huntingtona jest spowodowana wyjątkowo długim odcinkiem powtórzeń liter C-A-G w genie huntingtyny. Im dłuższe powtórzenie, tym wcześniej pojawiają się objawy. Dziedziczna długość powtórzeń, zwana również liczbą CAG nie jest jedynym czynnikiem mającym znaczenie w rozwoju choroby. Powtórzenia DNA mogą rosnąc w ciągu życia osoby chorej w niektórych komórkach w wyniku procesu zwanego niestabilnością somatyczną. Wiele zespołów badawczych pracuje nad ustaleniem jak wzrost liczby powtórzeń DNA wpływa na chorobę. Wiodącą hipotezą jest ta, mówiąca, że szybszy wzrost powtórzeń może prowadzić do szybszego postępu choroby.

Tezę tę potwierdzają wyniki szeroko zakrojonych badań genetycznych przeprowadzonych wśród osób z chorobą Huntingtona, które zidentyfikowały dodatkowe geny, poza genem huntingtyny, wpływające na moment wystąpienia objawów. Wiele z tych tak zwanych genów modyfikujących bierze udział w procesie biologicznym zwanym naprawą DNA, który kontroluje niepożądane zmiany w DNA. Szczególnie interesujące dla badaczy HD są modyfikatory naprawy DNA zaangażowane w ścieżki, które prawdopodobnie napędzają i kontrolują niestabilność somatyczną.

Nowy cel terapetyczny: MutSβ and MSH3

Jeden z tych genów modyfikujących naprawę DNA koduje białko MSH3.MSH3 jest potencjalnie atrakcyjnym celem terapii farmakologicznych ponieważ pełni ono kluczową funkcję w rozpoznawaniu błędów w DNA, które prowadzą do wzrostu powtórzeń CAG. Co istotne, blokowanie go prawdopodobnie nie zwiększa ryzyka powstawania nowotworów, inaczej niż w przypadku innych odkrytych do tej pory modyfikatorów.

MSH3 łączy się z innym białkiem, MSH2, tworząc kompleks zwany MutSβ (wymowa: mute S beta). Kompleks ten wykorzystuje energię w postaci ATP do skanowania DNA i odnajdywania w nim błędów.

Choć kompleks MutSβ zazwyczaj wspiera komórki poprzez odnajdywanie i naprawianie konkretnych błędów w DNA, w przypadku choroby Huntingtona jego działanie może pogarszać przebieg choroby. MutSβ może błędnie oddziaływac na powtórzenia CAG w genie huntingtyny i zamiast chronić DNA, powodować wydłużanie się powtórzeń z czasem z powodu niestabilności somatycznej.

Podczas gdy MutSβ wpływa generalnie pozytywnie na naprawę DNA, w kontekście powtórzeń CAG aktywność tego kompleksu może przynieść odwrotny, negatywny skutek. Naukowcy doszli do wniosku, że gdyby małe cząsteczki mogły zablokować sposób, w jaki MutSβ wykorzystuje paliwo ATP, mogłyby zatrzymać działanie tej maszyny molekularnej. Mogłoby to pomóc w zmniejszeniu ekspansji powtórzeń CAG, co mogłoby opóźnić pojawienie się objawów HD.

Igła w stogu siana

Zespół badawczy opracował czuły test mierzący skuteczność działania MutSβ w probówce, a następnie przebadał ogromną bibliotekę obejmującą prawie milion różnych związków chemicznych, aby sprawdzić, który z nich może hamować jego działanie.

W pierwszej rundzie badania zidentyfikowano tysiące potencjalnych cząsteczek, jednak większość z nich okazała się słabymi inhibitorami lub wynik był fałszywie pozytywny

Zespół poprawił metodę skanowania w celu wyeliminowania artefaktów. Obejmowało to takie elementy, jak „lepkie” cząsteczki, które osadzają się na wielu różnych białkach, nie tylko na MutSβ. Po tych etapach filtrowania pozostało tylko 11 obiecujących związków

Mając tak skróconą listę, zespół postanowił przyjrzeć się, w jaki sposób konkretnie molekuły te przyczepiają się do kompleksu MutSβ w porównaniu z innymi pokrewnymi białkami. Odkryto, że niektóre związki przyłączają się wyłącznie do białka MSH3, a nie do blisko spokrewnionych białek, takich jak MSH2 lub MSH6, co zmniejsza ryzyko możliwych skutków ubocznych związanych z rakiem.

Zobaczyć działanie cząsteczek

Naukowcy nie zatrzymali się jedynie na znalezieniu tych trafień. Użyli specjalnych mikroskopów i innych narzędzi laboratoryjnych w celu

Te obrazy strukturalne potwierdziły, że związki działają w oczekiwany sposób, blokując wykorzystanie paliwa ATP przez MutSβ. Dzięki „dokładnemu obserwowaniu”, jak związki działają, naukowcy mogą teraz podejmować świadome decyzje dotyczące tego, jak mogą je jeszcze bardziej udoskonalić w przyszłości.

Znaczenie w kontekście HD

Te wyniki to wczesny ale bardzo obiecujący krok w stronę opracowania leków które mogłyby opóźnić lub zapobiec wzrostowi powtórzeń CAG i potencjalnie opóźnić początek choroby.

The identified molecules are a long way from being ready for the clinic. Their properties would have to be substantially improved to ensure they worked inside cells and eventually in people, rather than just in a test tube.

But thanks to the data shared by this team, scientists in this group and drug hunters from around the world can make rational decisions about how best to do this as quickly and as efficiently as possible.

Dalsza droga

Omówione badanie pokazuje, że MSH3 może zostać poddane działaniu leku i pokazuje pierwsze propozycje jak tego dokonać.

There’s still a lot to do to improve the drug-like properties of these compounds and make sure they don’t have any unwanted side effects. Even then, we don’t yet know for sure if blocking MSH3 with this type of therapeutic will actually reduce somatic instability in cells or animal models of HD, or most importantly, whether this will slow or halt the signs and symptoms of HD in people.

The good news is that there are a lot of different teams working in this space to try and solve these problems. This includes the biotech company, Loqus23 ,and the pharma company Pfizer, as well as lots of academic teams of scientists.

Wspólne wysiłki tych naukowców systematycznie posuwają naprzód badania nad terapiami ukierunkowanymi na potencjalny czynnik genetyczny odpowiedzialny za postęp choroby Huntingtona.

Podsumowanie

• CAG DNA repeats expand in some cells over the lifetime of someone with HD through a process called somatic instability.
• Białko naprawcze DNA- MSH3, będące częścią kompleksu MutSβ jest motorem napędowym wzrostu powtórezn i obiecującym celem terapii lekowej.
• Naukowcy przyjrzeli się prawie milionowi związków i zidentyfikowali kilka, które specyficznie blokują działanie MSH3.
• Te molekuły

Dowiedz się więcej

“Orthosteric inhibition of MutSβ ATPase function: First disclosure of MSH3-bound small molecule inhibitors”, (paid access).