Редактирование генов продлевает продолжительность жизни в мышиной модели прионной болезни
Исследователи из Института Брода Массачусетского технологического института и Гарварда разработали метод лечения прионной болезни с помощью редактирования генов, который увеличивает продолжительность жизни примерно на 50% в мышиной модели фатального нейродегенеративного заболевания. Метод лечения, который использует редактирование оснований для внесения изменений в одну букву ДНК, снизил уровень вызывающего болезнь прионного белка в мозге на целых 60%.
В настоящее время нет лекарства от прионной болезни , и новый подход может стать важным шагом на пути к лечению, которое предотвращает болезнь или замедляет ее прогрессирование у пациентов, у которых уже появились симптомы. Подход с редактированием оснований также, вероятно, может стать одноразовым лечением для всех пациентов с прионной болезнью независимо от генетической мутации, вызывающей их болезнь.
Работа, возглавляемая старшими руководителями группы Broad Соней Валлабх и Эриком Миникелем, а также членом основного института Broad Дэвидом Лю, является первой демонстрацией того, что снижение уровня прионного белка увеличивает продолжительность жизни животных, инфицированных человеческой версией белка. Результаты опубликованы в Nature Medicine .
«Как терпеливый ученый, я часто думаю о том, как нам повезло, что мы сейчас подходим к этой проблеме», — сказал Валлабх. «Когда я получил отчет о своем генетическом тесте в 2011 году, мир еще не слышал о редактировании оснований. Это огромная привилегия — иметь возможность направить эти мощные новые инструменты на нашу болезнь».
«Было невероятно объединить наши модели заболеваний с этой технологией редактирования генов», — сказал Миникель.
«Нашей лаборатории очень повезло иметь возможность работать с Эриком и Соней, которые привнесли в это сотрудничество колоссальный опыт, научную строгость и полную преданность делу», — сказал Лю, профессор Ричарда Меркина и директор Института трансформационных технологий в здравоохранении Меркина в Броде. «Мы надеемся, что результаты могут дать информацию для будущей разработки одноразового лечения этого важного класса заболеваний».
Мейруй Ан и Джесси Дэвис, обе аспирантки лаборатории Лю на момент реализации проекта, являются соавторами исследования.
«Прионные заболевания имеют много разных источников происхождения — некоторые из них генетические, некоторые возникают спонтанно, а другие возникают из-за инфекций, — но мы считаем, что эта стратегия редактирования баз может быть применена ко всем этим формам прионных заболеваний», — сказал Ан. «Это может стать действительно многообещающей стратегией».
Эрик Миникель и Соня Валлабх руководят лабораторией с единственной целью: профилактика и лечение прионных заболеваний в течение жизни. Автор: Мария Немчук, Broad Communications
Долгожданная стратегия
Валлабх и Миникель изучали прионную болезнь с 2012 года, после того как мать Валлабха скончалась от формы болезни, называемой фатальной семейной бессонницей, и Валлабх узнал, что она унаследовала мутацию, вызывающую болезнь. Команда из жены и мужа основала лабораторию в Броде с единственной целью: профилактика и лечение прионной болезни в течение жизни.
Вскоре после разработки генного редактирования CRISPR-Cas9 в 2013 году Валлаб и Миникель начали думать о том, можно ли использовать CRISPR для нарушения гена, кодирующего прионный белок. Миникель вспоминает, как думал: «В этом есть что-то действительно многообещающее. Мы должны что-то с этим сделать».
В 2018 году Лю, работающий на одном этаже с Миникелем и Валлабхом в Broad, обратился к ним и предложил сотрудничество. Его лаборатория только что разработала редактирование оснований — подход к редактированию генов, который вносит изменения в одну букву ДНК и может остановить производство белка с помощью стратегий, включающих установку сигнала «стоп» в генетическом коде.
Валлабх и Миникель знали из изучения баз данных популяций, таких как база данных агрегации генома (gnomAD), что R37X, естественная мутация в гене приона, снижает уровень белка без вредных побочных эффектов у людей. Это дало им надежду, что установка той же мутации с помощью редактирования оснований может защитить от заболевания.
«Мы поняли, что это золотая возможность использовать человеческую генетику для редактирования оснований», — сказал Миникель.
Доставка мозга
В новом исследовании команда показала, что редактор баз установил редактирование R37X в человеческих клетках эффективно и с небольшим количеством нежелательных побочных продуктов. Но исследователям нужно было доставить редакторы баз в мозг.
Опираясь на предыдущую работу лаборатории векторной инженерии Бена Девермана в Броде, команда разработала пару аденоассоциированных вирусов (AAV) для упаковки и доставки механизма редактирования оснований в клетки мозга. Затем они ввели AAV мышам, инфицированным человеческим прионным белком.
В среднем система установила редактирование R37X в 37% копий гена, снизив уровень прионного белка на 50% по сравнению с мышами без лечения. Мыши также прожили примерно на 50% дольше.
Ученые внесли ряд усовершенствований в свою систему, чтобы повысить эффективность редактирования и ограничить доставку в другие ткани. С помощью своей улучшенной системы они наблюдали на 63% более низкие уровни прионного белка при шестикратно меньшей дозе AAV.
В будущем команда надеется уменьшить груз, редактирующий основание, поскольку производство двойных AAV может быть дорогостоящим. Они также планируют разработать стратегию, которая использует первичное редактирование, которое может устанавливать более сложные изменения ДНК, чем изменения одного основания, чтобы установить защитную мутацию, которая не останавливает производство белка, а скорее гарантирует, что сам прионный белок является доброкачественным.
«Еще предстоит пройти долгий путь, чтобы сделать это терапией», — сказал Миникель. «Но очень интересно увидеть, насколько это возможно».