Skrócona droga: Nowe podejścia do terapii obniżających poziom huntingtyny

Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z University of Washington i University College London bada różne sposoby obniżania poziomu białka huntingtyny w chorobie Huntingtona (HD). Ich odkrycia sugerują, że nie wszystkie formy szkodliwej huntingtyny są jednakowo niszczące w modelach HD – i że celowanie w najbardziej szkodliwy czynnik może prowadzić do nowych podejść terapeutycznych.

Gen hybrydowy z wbudowanym celem

HD jest spowodowana przez bardzo długi odcinek liter DNA CAG w genie huntingtyny (HTTHTT skrócona nazwa genu, który powoduje chorobę Huntingtona, ten gen nazywany jest również HD i IT-15), co powoduje, że komórki produkują rozszerzoną formę białka HTTHTT skrócona nazwa genu, który powoduje chorobę Huntingtona, ten gen nazywany jest również HD i IT-15. Z czasem to rozszerzone białko może ulegać nieprawidłowemu fałdowaniu, zakłócać normalne działania komórki i tworzyć lepkie skupiska wewnątrz komórek mózgowych.

Aby temu przeciwdziałać, wiele eksperymentalnych terapii HD ma na celu zmniejszenie poziomu białka HTTHTT skrócona nazwa genu, który powoduje chorobę Huntingtona, ten gen nazywany jest również HD i IT-15. Jednak naukowcy coraz częściej zadają sobie pytanie, czy niektóre formy białka są bardziej szkodliwe niż inne i czy celowanie w te specyficzne formy mogłoby być bardziej korzystne.

Aby odpowiedzieć na to pytanie, zespół naukowców z Wielkiej Brytanii i USA, kierowany przez dr Gillian Bates i Jeffa Carrolla, pracował ze specjalnie zaprojektowanym mysim modelem HD. W tej myszy mały odcinek normalnego mysiego genu huntingtyny został zastąpiony ludzką wersją, zawierającą bardzo długie powtórzenie CAG, które powoduje objawy podobne do HD u tej myszy.

Można to sobie wyobrazić jako zamianę kilku kluczowych stron w instrukcji obsługi na strony z innej edycji. Rezultatem jest gen hybrydowy – czyli „chimeryczny” – który zachowuje się bardziej jak wersja ludzka.

Ten sprytny projekt dał naukowcom wyjątkową przewagę: stworzył genetyczny „uchwyt”, który pozwolił im celować tylko w rozszerzoną huntingtynę, pozostawiając nienaruszoną wersję normalną.

Kiedy wiadomości zostają skrócone: Powstanie HTT1a

Geny nie produkują białek bezpośrednio – najpierw tworzą wiadomości RNARNA substancja chemiczna, podobna do DNA, tworzy cząsteczkę 'wiadomości’, wykorzystywana przez komórkę podczas produkcji białek jako kopia robocza genu., które są starannie edytowane przed użyciem. Wiadomości te zawierają egzony, które reprezentują właściwe instrukcje, oraz introny, sekcje, które są normalnie usuwane przed wytworzeniem białek. Jednak w HD proces ten może pójść źle.

Pomyśl o tym jak o wysyłaniu długiego e-maila, ale przypadkowym naciśnięciu „wyślij” w połowie. Niekompletna wiadomość może być myląca lub gorsza w skutkach.

Rozszerzone powtórzenie CAG, które powoduje HD, znajduje się na samym początku genu huntingtyny. Czasami wiadomość huntingtyny zostaje skrócona, produkując mniejsze fragmenty. Jednym skróconym produktem, który zyskuje coraz większą uwagę, jest HTT1a.

Niektóre badania sugerują, że ten skrócony fragment białka może być szczególnie szkodliwy: bardziej podatny na wnikanie do jądra komórek, zlepianie się i zakłócanie normalnej aktywności genów.

Dwa sposoby na obniżenie poziomu huntingtyny

Zespół porównał dwie różne strategie leczenia u myszy z HD, wykorzystując antysensowne oligonukleotydy (ASOASO terapia wyciszająca geny, w której specjalnie zaprojektowane molekuły DNA wyłączają geny) – małe cząsteczki podobne do DNA, które wiążą się z wiadomościami RNARNA substancja chemiczna, podobna do DNA, tworzy cząsteczkę 'wiadomości’, wykorzystywana przez komórkę podczas produkcji białek jako kopia robocza genu. i wywołują ich zniszczenie.

Jedno podejście obniżało poziom całej huntingtyny, zarówno zdrowej, jak i rozszerzonej. Drugie było bardziej precyzyjne, wykorzystując ASOASO terapia wyciszająca geny, w której specjalnie zaprojektowane molekuły DNA wyłączają geny zaprojektowane do rozpoznawania ludzkiego odcinka, który flankuje fragment HTT1a, wstawiony do genu HD w tym mysim modelu. Celując w tę „humanizowaną” sekwencję, leczenie selektywnie atakowało szkodliwą wiadomość huntingtyny, oszczędzając normalną mysią wersję – i jednocześnie blokowało produkcję fragmentu HTT1a.

Ten sam cel, inny wynik

Oba podejścia zmniejszyły poziom rozszerzonej huntingtyny – ale na tym podobieństwa się kończyły.

Co zaskakujące, w tym mysim modelu obniżenie poziomu całej huntingtyny nie miało dużego wpływu. Toksyczne skupiska białek pozostały, a aktywność genów w komórkach mózgowych nadal była zakłócona.

Natomiast selektywne podejście miało bardziej dramatyczny efekt. Zmniejszyło poziom HTT1a, usunęło agregatyagregaty grudki białka tworzące się wewnątrz komórek; występują w chorobie Huntingtona i innych chorobach degeneracyjnych białkowe i przywróciło aktywność genów do normalnego poziomu. Nawet gdy poziom pełnowymiarowej huntingtyny był obniżony, problemy związane z chorobą utrzymywały się, chyba że obniżono również poziom HTT1a.

Oznacza to, że samo obniżenie poziomu huntingtyny może nie wystarczyć – może mieć również znaczenie, które formy są celem. Odkrycia te wzmacniają rosnące dowody na to, że fragment HTT1a może odgrywać nieproporcjonalnie dużą rolę w napędzaniu HD.

Zmiana strategii

Wiele obecnych terapii HD ma na celu szerokie obniżenie poziomu huntingtyny. Jednak to badanie sugeruje, że możliwe jest bardziej wyrafinowane podejście – takie, które celuje w rozszerzony gen i blokuje produkcję jego najbardziej toksycznych form.

Wciąż jest wiele pracy do wykonania, zanim będzie to można zastosować u ludzi. Jednak skupiając się na tym, co może być kluczowymi czynnikami uszkodzeń, te badania oferują potencjalną nową ścieżkę do leczenia.

Jeśli ta wiadomość brzmi podobnie do innego niedawnego artykułu HDBuzz, to dlatego, że te dwa badania są częściami tej samej układanki. Tamto badanie wykazało, że celowanie w HTT1a może być szczególnie korzystne w niektórych modelach; to zaś pokazuje, że pozostawienie HTT1a bez zmian może ograniczyć korzyści z terapii obniżających poziom huntingtyny. Razem wzmacniają one argument, że HTT1a zasługuje na poważną uwagę.

Ważne pytania pozostają

Jakkolwiek obiecujące są te odkrycia, nadal istnieją pewne ważne zastrzeżenia. Myszy w tym badaniu rodzą się z ponad 100 powtórzeniami CAG w każdej komórce, która zawiera zmodyfikowany gen HD, podczas gdy większość osób z HD o późnym początku dziedziczy około 40–50. U ludzi powtórzenia CAGpowtórzenia CAG Odcinek DNA na początku genu HD, zawiera powtarzaną wiele razy sekwencję CAG; jest wydłużony u osób, które zachorują na HD mogą rosnąć przez dziesięciolecia poprzez somatyczną ekspansję, szczególnie w wrażliwych komórkach mózgowych, tworząc mozaikę różnych długości powtórzeń. Te myszy zasadniczo zaczynają życie z bardzo długimi powtórzeniami, które niektóre ludzkie komórki mogą osiągnąć znacznie później. To sprawia, że są one przydatne do badania długich powtórzeń CAG, ale mogą przyspieszać lub wyolbrzymiać procesy, takie jak produkcja HTT1a, w porównaniu z HD u ludzi.

Kolejne pytanie dotyczy leczenia. Najskuteczniejsze leczenie zarówno selektywnie celowało w rozszerzony gen i zmniejszało toksyczny fragment HTT1a – co utrudnia rozdzielenie, który czynnik naprawdę przyczynił się do korzyści. Czy była to precyzja celowania tylko w rozszerzoną huntingtynę, czy zdolność do blokowania HTT1a? Przyszłe eksperymenty będą musiały czyściej rozdzielić te efekty, na przykład poprzez porównanie allele-selektywnego obniżania poziomu pełnowymiarowej huntingtyny z podejściami, które również zmniejszają poziom HTT1a.

Istnieje również praktyczne wyzwanie związane z przełożeniem tej strategii na ludzi. Zastosowane tutaj podejście opiera się na różnicy genetycznej, wprowadzonej do myszy, co oznacza, że podobne leki celujące w egzon 1 lub intron 1 u ludzi prawdopodobnie obniżałyby poziom zarówno zdrowej, jak i szkodliwej huntingtyny. To rodzi ważne pytanie dla tej dziedziny: czy lepiej jest precyzyjnie celować tylko w rozszerzony gen, ale pozostawić HTT1a nietkniętą, czy szeroko obniżać poziom huntingtyny, jeśli oznacza to uderzenie w ten szczególnie toksyczny fragment? Odpowiedź na to pytanie będzie kluczowa dla projektowania następnej generacji terapii HD.

Podsumowanie

• Naukowcy porównali dwie strategie obniżania poziomu huntingtyny w mysim modelu HD, aby sprawdzić, czy to, które formy huntingtyny są obniżane, ma takie samo znaczenie, jak to, ile huntingtyny jest redukowane.
• Szerokie obniżenie poziomu zarówno normalnej, jak i rozszerzonej huntingtyny miało zaskakująco niewielki wpływ na skupiska białek lub zakłóconą aktywność genów, gdy skrócona forma HTT1a pozostała u myszy modelujących HD.
• Bardziej selektywne podejście, które celowało w rozszerzoną huntingtynę i blokowało produkcję HTT1a, zmniejszyło agregatyagregaty grudki białka tworzące się wewnątrz komórek; występują w chorobie Huntingtona i innych chorobach degeneracyjnych białkowe i przesunęło aktywność genów z powrotem do normy u tych myszy.
• Wyniki wzmacniają argumenty za HTT1a jako ważnym celem terapeutycznym, ale pozostawiają kluczowe pytanie nierozwiązane: czy korzyści wynikają z selektywnego obniżania poziomu rozszerzonej huntingtyny, eliminacji HTT1a, czy obu?