Учёные исправили генные мутации у мышей, вызывающие крайне редкое заболевание, отредактировав ДНК непосредственно в мозге с помощью одной инъекции. Это достижение может иметь огромное значение для пациентов с неврологическими заболеваниями.
В ходе испытаний, в которых также использовались клетки, полученные от пациентов, новейшая технология не только устраняла мутации, вызывающие альтернирующую гемиплегию в детском возрасте (АГК), но и облегчала симптомы и продлевала жизнь мышам с АГК, которые в противном случае подвергались бы риску внезапной смерти.
Исследование, проведённое Центром трансляционных исследований редких заболеваний (Rare Disease Translational Center, RDTC) в Лаборатории Джексона (The Jackson Laboratory, JAX), Институте Броуда и некоммерческой организации RARE Hope, готовилось несколько лет и стало продолжением первого успешного лечения редкого заболевания печени с помощью редактирования генов. Оно позволяет по-новому взглянуть на потенциал персонализированного редактирования генов при лечении неврологических заболеваний.
Результаты исследования были опубликованы сегодня в журнале Cell.
«Пять лет назад люди сочли бы научно-фантастической идеей проникновение в мозг живого организма и исправление ДНК. Сегодня мы знаем, что это возможно, — сказал Маркус Терри, нейробиолог из Лаборатории реактивного движения, один из руководителей проекта. — Делать это непосредственно в мозге живого организма — захватывающе с научной точки зрения. Вы можете проникнуть в мозг, исправить мутацию и скорректировать клетки на всю оставшуюся жизнь».
Прорыв в редактировании генов
АГК обычно проявляется в младенчестве и вызывает внезапные приступы паралича, которые могут длиться несколько минут или даже дней. Эти приступы могут сопровождаться дистонией (напряжением мышц), нарушениями движения глаз и задержкой в развитии. Судороги являются важным и опасным для жизни симптомом заболевания, которое в настоящее время неизлечимо. Существующие методы лечения помогают справиться с симптомами, но их эффективность ограничена.
Ученые сосредоточились на двух наиболее распространенных мутациях, вызывающих наследственную гемолитическую анемию, известных как D801N и E815K, в гене под названием ATP1A3. Они использовали новые мышиные модели, разработанные Терри и Кэтлин (Кэт) Лутц, вице-президентами RDTC. Предыдущие попытки воспроизвести эти мутации на мышах приводили к таким же дефектам, как при наследственной гемолитической анемии у людей, и мыши умирали преждевременно и спонтанно.
По словам Лутца, это исследование также имеет важное значение для изучения других редких генетических заболеваний, которые долгое время считались неизлечимыми и не привлекали внимания из-за своей сложности и редкости.
Идея исправлять мутации, вызывающие редкие заболевания, до того, как у человека проявятся симптомы, кажется заманчивой, но для этого необходимо разработать соответствующие технологии. Вместе с партнёрами и экспертами в этой области мы разрабатываем и тестируем эти технологии для лечения тяжёлых заболеваний с очень чёткими ранними симптомами, таких как ахондроплазия.
Кэтлин (Кэт) Лутц, вице-президент RDTC
Давним и жизненно важным партнером проекта была RARE Hope (ранее Hope for Annabel), некоммерческая организация, продвигающая исследования AHC и разрабатывающая масштабируемые платформы для борьбы с различными заболеваниями. Организация помогла интегрировать приоритеты пациентов в исследования и связала ученых JAX и Института Броуда с международной сетью экспертов AHC и семей. RARE Hope гарантировала, что дизайн эксперимента, выбор конечной точки и интерпретация данных отражают точку зрения пациента - понимание, которое имело решающее значение при разработке и валидации инструментов для коррекции мутаций ATP1A3.
«Хотя это заболевание встречается очень редко, количество моногенных редких заболеваний, которые можно лечить с помощью редактирования генов, на самом деле очень велико. Этот успех имеет большое значение не только для AHC», — сказала Нина Фрост, основательница и президент организации RARE Hope, соавтор исследования и мать девочки с AHC. «До этого момента мы не знали, можно ли вылечить это заболевание после рождения. Увидеть данные, которые свидетельствовали не только о молекулярной коррекции в клетках, но и о функциональном восстановлении поведения мышей, было невероятно волнительно.
Команда протестировала два метода нового поколения для исправления мутаций у генетически модифицированных мышей с аутосомно-рецессивным галактоземией. Прайм-редактирование, метод, при котором редактируются буквы ДНК, оказалось гораздо более эффективным, чем другой подход под названием генная терапия, более широко используемый терапевтический метод, при котором добавляются здоровые копии дефектного гена. Прайм-редактирование исправило до 85 % дефектных генных мутаций в клетках мозга, восстановив нормальную функцию белков, улучшив двигательные навыки, сократив количество приступов, похожих на судороги, и увеличив продолжительность жизни мышей.
"На данный момент мы не работаем с пациентом, но провести подобную демонстрацию на мыши с таким уровнем коррекции - это довольно большое дело", - сказал Терри. "Если мы сможем сделать это для одного варианта гена - а у нас уже есть пять в статье, - мы можем разумно предположить, что сможем сделать это и для других вариантов. Мы можем расширить эту работу и на другие редкие заболевания, потому что 80% из них являются генетическими. Мы точно знаем, в чем проблема ".
Лечение проводилось с помощью одной инъекции в мозг. В состав препарата входил безвредный вирус под названием AAV9, который обычно используется в качестве средства доставки при редактировании генов на основе CRISPR. С помощью этого метода ученые вносят точные изменения в ДНК. Инъекция делалась вскоре после рождения, что позволяло инструментам для редактирования генов воздействовать на большое количество нейронов в раннем возрасте. Кроме того, команда обнаружила минимальное нецелевое воздействие на клетки, полученные от пациентов, что позволяет предположить, что этот подход может быть эффективным и безопасным.
На пути к персонализированной генетической терапии
Успех этого подхода — важная веха, которая способствует развитию методов редактирования генов и генной терапии. Например, в мае был совершён прорыв в лечении первого ребёнка с редким генетическим заболеванием печени — дефицитом CPS1 — с помощью редактирования генов. Теперь, по словам учёных, возможность редактировать ДНК непосредственно в мозге открывает новые многообещающие перспективы в лечении неврологических заболеваний.
«Многие из этих методов доставки для редактирования генов предполагают использование вирусов или наночастиц, которые относительно легко поглощаются печенью и периферическими органами, но совершенно по-другому обстоит дело с проникновением через гематоэнцефалический барьер, который состоит из очень сложного набора эндотелиальных клеток, по вполне понятным причинам не пропускающих вирусы в мозг, — сказал Лутц. — Такой уровень эффективности редактирования в мозге действительно впечатляет».
Будучи ведущим исследователем Консорциума по редактированию генома соматических клеток Национального института здравоохранения, Лутц долгое время сотрудничала с Дэвидом Лю, одним из ключевых сотрудников Института Броуда и соавтором исследования, в ходе которого в 2019 году было разработано прайм-редактирование. Руководя работой, выходящей за рамки доклинических моделей, консорциум помогает сделать редактирование генома жизнеспособной терапевтической платформой. По её словам, последнее исследование — лишь один из примеров впечатляющих результатов, достигнутых благодаря этому сотрудничеству.
«Это исследование — важная веха в области первичного редактирования и один из самых впечатляющих примеров терапевтического редактирования генов, проведённого нашей командой, — сказал Лю. — Оно открывает путь к устранению генетических причин многих неврологических расстройств, которые долгое время считались неизлечимыми».
Сейчас команда работает над тем, чтобы определить период, в течение которого редактирование генов даёт наиболее безопасные и эффективные результаты, позволяющие обратить вспять, а не предотвратить развитие АГС у мышей.
«Мы не смогли полностью обратить болезнь вспять, но показали, что можем облегчить симптомы, если начать лечение на очень раннем этапе, сразу после рождения животного, — сказал Лутц. — Самое важное, над чем мы сейчас работаем, — это проверка того, можем ли мы лечить болезнь после появления симптомов, когда у мышей уже наблюдаются такие признаки, как дистония и эпилепсия. Если мы сможем добиться положительного эффекта, это будет совершенно новый уровень». Это стало бы большим шагом вперёд».
Источник:
Лаборатория Джексона
Ссылка на журнал:
Соуза, А. А., и др. (2025). Прайм-редактирование in vivo устраняет альтернирующую гемиплегию у мышей. Cell. doi.org.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся