У младенцев, рожденных с дефектной материнской копией гена UBE3A, разовьется синдром Ангельмана, тяжелое расстройство нервного развития, не поддающееся лечению и ограниченному лечению. Теперь впервые ученые из Медицинской школы UNC показывают, что методы редактирования генов и генной терапии могут использоваться для восстановления UBE3A в культурах нейронов человека и лечения дефицита на животной модели синдрома Ангельмана.
Эта работа, опубликованная в журнале Nature под руководством старшего автора Марка Зилка, Ph.D., Директор Центра нейробиологии UNC и W.р. Кенан младший. Заслуженный профессор клеточной биологии и физиологии, закладывает важную основу для длительного лечения или излечения от этого изнурительного заболевания, а также открывает путь к лечению других заболеваний, связанных с одним геном.
"Наше исследование показывает, как можно вылечить множественные симптомы, связанные с синдромом Ангельмана, с помощью генной терапии CRISPR-Cas9," Жилка сказала. "И теперь мы работаем над этим с помощью врачей из UNC-Chapel Hill."
Синдром Ангельмана вызван делецией или мутацией материнской копии гена, кодирующего убиквитин-протеинлигазу E3A (UBE3A). Отцовская копия UBE3A обычно подавляется в нейронах, поэтому потеря материнского UBE3A приводит к полному отсутствию фермента UBE3A в большинстве областей мозга. Это важно, потому что фермент нацелен на белки для разложения, процесса, который поддерживает нормальную функцию клеток мозга. Когда этот процесс идет наперекосяк, результатом является синдром Ангельмана, расстройство мозга с симптомами, включающими тяжелые умственные нарушения и нарушения развития, судороги и проблемы с речью, равновесием, движением и сном.
"Включение отцовской копии UBE3A – привлекательная терапевтическая стратегия, поскольку она может обратить вспять основной молекулярный дефицит этого заболевания," Жилка сказала. Однако отцовский ген подавляется длинной цепью РНК, продуцируемой в антисмысловой ориентации по отношению к UBE3A, которая блокирует продукцию фермента из отцовской копии гена.
Члены лаборатории Zylka, в том числе постдокторанты Джастин Уолтер, Ph.D., и Джулия Фрагола, Ph.D., намеревался разработать способ использования CRISPR-Cas9 для восстановления фермента UBE3A до нормального уровня путем разрушения антисмысловой РНК. Предварительные данные на клеточных культурах были многообещающими, и Зилка получила гранты от NIH, Фонда синдрома Ангельмана и Фонда Саймонса для проверки своих результатов на человеческих нейронах и на мышиной модели болезни.
В статье Nature соавторы Вольтер и Ханьцянь Мао, Ph.D., постдок из лаборатории Zylka, и его коллеги из UNC описывают использование генной терапии аденоассоциированного вируса (AAV) для доставки белка Cas9 в мозг эмбриональных мышей, которые моделируют синдром Ангельмана. Поскольку UBE3A необходим для нормального развития мозга, раннее лечение имеет решающее значение. Исследователи обнаружили, что эмбриональное и раннее послеродовое лечение спасало физические и поведенческие фенотипы, которые моделируют основные дефициты, обнаруженные у пациентов с синдромом Ангельмана. Примечательно, что однократная неонатальная инъекция AAV отцовского Ube3a без подавления звука в течение не менее 17 месяцев, и данные предполагают, что этот эффект, вероятно, будет постоянным. Исследователи также продемонстрировали, что этот подход был эффективен на человеческих нейронах в культуре.
"Мы были потрясены, когда получили эти результаты," Жилка сказала. "Никакие другие методы лечения синдрома Ангельмана, применяемые в настоящее время, не могут длиться так долго, и при этом они не лечат столько симптомов. Я уверен, что другие со временем осознают преимущества обнаружения мутации, вызывающей синдром Ангельмана, пренатально и лечения вскоре после этого."
Вольтер добавил, "Результаты лечения на раннем этапе были многообещающими. Поскольку мы узнали, что можем уменьшить тяжесть синдрома Ангельмана у мышей, теперь мы сосредоточены на усовершенствовании нашего подхода таким образом, чтобы он подходил для использования на людях."
Работая над внедрением этого исследования в клинику, лаборатория Zylka будет сотрудничать с исследователями из Института нарушений развития Каролины (CIDD) для выявления симптомов у детей с генетической мутацией, вызывающей синдром Ангельмана.
Лаборатория Зилки работает с исследователями CIDD во главе с директором CIDD Джозефом Пивеном, доктором медицины, над использованием изображений мозга и наблюдений за поведением для выявления симптомов, связанных с синдромом Ангельмана у младенцев. Отдельные сообщения свидетельствуют о том, что у этих младенцев проблемы с кормлением и сниженный мышечный тонус, но эти и другие ранние симптомы до сих пор не были тщательно охарактеризованы.
"Идея состоит в том, чтобы использовать генетические тесты для выявления младенцев, у которых может развиться синдром Ангельмана, лечить до рождения или примерно во время рождения, а затем использовать эти ранние симптомы в качестве конечных точек для оценки эффективности в клинических испытаниях," Жилка сказала. "Наши данные и данные других групп ясно показывают, что пренатальное лечение может предотвратить полное развитие синдрома Ангельмана."
В рамках исследования Nature исследователи также обнаружили, что вектор генной терапии блокирует антисмысловую РНК, интегрируясь в геном в сайтах, разрезанных CRISPR-Cas9. Это так называемое "генная ловушка" могут быть использованы для разрушения других длинных некодирующих РНК и генов.
Жилка добавлена, "Мы невероятно рады продолжить эту работу в надежде помочь детям и семьям преодолеть это изнурительное состояние. Поддержка со стороны NIH, Simons Foundation и Angelman Syndrome Foundation была необходима для продвижения этой работы."