Droga do leczenia 7

W ADOA śmierć nerwu wzrokowego jest zwykle spowodowana błędem w genie OPA1. Gen OPA1 zapewnia produkcję białka OPA1, które jest ważne dla prawidłowego funkcjonowania komórek nerwu wzrokowego. Kilku badaczom udało się edytować gen OPA1 w warunkach laboratoryjnych. Jest to bardzo ważne, ponieważ naprawione białko zatrzymuje zarówno powolną śmierć komórek nerwu wzrokowego, jak i powolne pogarszanie się wzroku.

Główny genetyk niedawnego badania, profesor Michael Cheetham z Instytutu Okulistyki University College London, był skłonny podsumować badanie w laicki sposób, wyjaśnić, czego możemy się spodziewać po badaniach i w jaki sposób ta praca może ostatecznie przyczynić się do wyleczenia ADOA .

Czy możesz opisać badania w sposób zrozumiały dla laika?
Dziedziczne zmiany w genie OPA1 powodują powstanie wadliwego białka, co prowadzi do obniżenia poziomu energii w komórkach nerwu wzrokowego i ostatecznie do śmierci komórki. To jest przyczyną ADOA. Nasz zespół skorygował zmiany w genie, pobierając komórki macierzyste od pacjentów, korzystając z nowo opracowanej metody edycji genów CRISPR/CAS9. Korekta mutacji genu przywróciła białko, zwiększyła poziom energii komórek nerwu wzrokowego i zmniejszyła śmierć komórek w warunkach laboratoryjnych. 

Jaki jest wniosek z badania w jednym lub dwóch zdaniach?
Badanie pokazuje, że skorygowanie dziedzicznych zmian w genie może zapobiec defektom komórek nerwu wzrokowego powodowanym przez wadliwe białko. Poprawiliśmy gen OPA1 w miejscu powodującym mutację ADOA+ i wykazaliśmy, że komórki nerwu wzrokowego w rzeczywistości nie umierają.

Czy możesz wyjaśnić bardziej szczegółowo, jak edytowałeś gen OPA1 (technicznie)?
ADOA jest zwykle spowodowane błędami genetycznymi w genie OPA1. Gen OPA1 koduje produkcję dużego białka zwanego OPA1. Białko OPA1 jest zasadniczo przełącznikiem kontrolującym aktywność energetyczną komórki nerwu wzrokowego za pomocą czynnika zwanego GTP. Zmiany w OPA1 powodujące ADOA rozprzestrzeniają się po całym genie, wpływają na różne części białka i zwykle oznaczają, że białko nie jest wytwarzane. Czasami błędy ortograficzne (które zmieniają jeden typ elementu budulcowego w inny) w części białka, która wiąże się z GTP, prowadzą do produkcji wadliwego białka. Wadliwe białko może następnie wpływać na funkcjonowanie innej normalnej kopii białka. W takim przypadku mogą rozwinąć się bardziej zróżnicowane objawy w przypadku innych dotkniętych tkanek, tak jest w przypadku osób z ADOA+. W tym badaniu skorygowaliśmy również to odchylenie w białku OPA1. Jest to ważne, ponieważ takie podejście nie tylko wytwarza potrzebną drugą kopię, ale także usuwa wadliwe „złe” białko i zapobiega jego niekorzystnemu wpływowi na komórkę nerwu wzrokowego.

Kilka mutacji w genie OPA1 może powodować ADOA. Jednak w tym badaniu skupiliśmy się na bardzo specyficznej części genu OPA1, aby skorygować białka OPA1. Zasadniczo tak działa zastosowana przez nas technologia CRISPR – to wielki przełom w badaniach, ponieważ pozwala nam wprowadzać zmiany niemal w każdym miejscu genomu. Zastosowanie czegoś, co nazywa się przewodnikiem RNA, który kieruje enzymem Cas9 do cięcia w określonym miejscu, oraz szablonu naprawy, który następnie zastępuje uszkodzoną część genu w procesie zwanym homologiczną naprawą ukierunkowaną (HDR). HDR to coś, co komórki robią, aby skorygować błędy w swoim DNA w miarę wzrostu.

Jednak wadą tej metody jest to, że jest bardzo specyficzna – jest to podejście, które należy opracować i przetestować dla każdej innej zmiany DNA. Dobra wiadomość jest taka, że ​​ostatnio udało nam się uwzględnić inne zmiany w OPA1 za pomocą nowych przewodników i szablonów poprawek, ale możliwość kierowania na wiele lub różne cele za pomocą tego samego przewodnika oznaczałaby, że musiałyby one znajdować się bardzo blisko siebie (i zwykle nie są takie). Jednak niektóre odziedziczone zmiany w OPA1 są dość powszechne, więc w przypadku osób, które mają tę samą nieprawidłowości, można zastosować te same narzędzia.

To powiedziawszy, podejmuje się próby zastąpienia dużych fragmentów genów w mniej specyficzny sposób, ale są one znacznie mniej wydajne i nie zostały jeszcze wypróbowane w OPA1.

W jaki sposób wyniki te mogą przyczynić się do opracowania leku przeciwko ADOA?
Teraz opracowaliśmy system wytwarzania komórek macierzystych nerwu wzrokowego ze zmodyfikowanymi genami. Zapewniają one niezbędną infrastrukturę do dalszych badań. Możemy wykorzystać te zmodyfikowane genowo komórki macierzyste do wytworzenia komórek nerwu wzrokowego na naczyniach laboratoryjnych i wykorzystać je do zrozumienia procesu chorobowego w ludzkiej komórce nerwu wzrokowego. W poszukiwaniu leczenia możemy również wykorzystać komórki macierzyste poddane edycji genów, aby dokonać porównań z pierwotnymi komórkami pacjenta i sprawdzić skuteczność możliwych terapii. Krótko mówiąc, jesteśmy gotowi rozpocząć testowanie terapii w firmach biotechnologicznych lub innych laboratoriach akademickich. Można także pokusić się o opracowanie skutecznych metod manipulacji zmianami w neuronach wzrokowych.

Czy można zastosować to podejście u prawdziwych pacjentów z ADOA?

Istnieje kilka wyzwań technologicznych, zanim będziemy mogli zastosować tę terapię u żywych pacjentów. Prawdziwe komórki nerwu wzrokowego nie są komórkami macierzystymi, a w tym badaniu technologia HDR wymaga od komórek podziału. Komórki nerwu wzrokowego u pacjenta z ADOA nie dzielą się już, zatem to podejście nie sprawdziłoby się bez modyfikacji. Rozważamy różne podejścia do przywracania genów w żywej komórce nerwu wzrokowego, ale naukowcy tacy jak my wciąż znajdują się na wczesnym etapie opracowywania praktycznej terapii.

Wiemy na pewno, że jeśli naprawimy gen, naprawiony gen może zatrzymać śmierć komórek macierzystych i mamy nadzieję, że to samo stanie się z nerwem wzrokowym.

Czy taka edycja genów poprawia wzrok, czy po prostu pomaga komórkom zwojowym siatkówki przetrwać (znacznie) dłużej? Czy zatem taka terapia genowa może odwrócić pogorszenie wzroku lub po prostu ustabilizować wzrok?
Podejście to jest podobne do wielu innych obecnie opracowywanych i testowanych – ma przede wszystkim na celu pomóc komórkom nerwu wzrokowego przetrwać dłużej. Możliwe, że w ramach tego pozostałe komórki nerwu wzrokowego będą lepiej funkcjonować, a także stabilizować widzenie. Jednak takie podejście nie może zastąpić komórek, które zostały już utracone. Zatem dla kogoś bardzo dotkniętego ADOA miałoby to ograniczone zastosowanie.

Najwyraźniej jest to bardzo ekscytujący rozwój, który będziemy śledzić w nadchodzących latach!

Autor: Peter Makai