Vägen till behandling 7
I ADOA orsakas synnervens död vanligtvis av ett fel i OPA1-genen. OPA1-genen säkerställer produktionen av OPA1-proteinet, vilket är viktigt för väl fungerande synnervceller. Det finns flera forskare som har lyckats redigera genen OPA1 under laboratorieförhållanden. Detta är mycket viktigt, eftersom det reparerade proteinet stoppar både den långsamma celldöden av synnerven och den långsamma nedgången av synen.
Den ledande genetikern i en nyligen genomförd studie, professor Michael Cheetham vid University College London Institute of Ophthalmology, var villig att sammanfatta studien i lekmannatermer, förklara vad vi kan förvänta oss av forskningen och hur detta arbete i slutändan skulle kunna bidra till ett botemedel mot ADOA .
Kan du beskriva forskningen i lekmannatermer?
Ärftliga förändringar i OPA1-genen producerar ett defekt protein, vilket leder till lägre energinivåer i optiska nervceller och i slutändan celldöd. Detta är orsaken till ADOA. Vårt team korrigerade förändringarna i genen genom att härleda stamceller från patienter med den nyutvecklade CRISPR/CAS9-genredigeringsmetoden. Korrigering av genmutationen återställde proteinet, ökade energinivån hos optiska nervceller och minskade celldöd under laboratorieförhållanden.
Vad är slutsatsen av studien i en eller två meningar?
Studien visar att korrigering av de ärftliga förändringarna i genen kan förhindra de defekter i synnervscellerna som orsakas av det defekta proteinet. Vi har korrigerat OPA1-genen på den plats som orsakar ADOA+-mutationen och visat att synnervscellerna verkligen inte dör.
Kan du förklara lite mer detaljerat hur du redigerade OPA1-genen (tekniskt)?
ADOA orsakas vanligtvis av genetiska fel i OPA1-genen. OPA1-genen kodar för produktionen av ett stort protein som kallas OPA1. OPA1-proteinet är i huvudsak en omkopplare som styr energiaktiviteten hos synnervcellen med hjälp av en faktor som kallas GTP. Förändringarna i OPA1 som orsakar ADOA sprids i genen, påverkar olika delar av proteinet och innebär vanligtvis att inget protein bildas. Ibland leder stavfel (som ändrar en typ av byggsten till en annan) i den del av proteinet som binder till GTP till produktion av ett defekt protein. Det defekta proteinet kan då påverka funktionen hos den andra normala kopian av proteinet. I det här fallet kan fler olika symtom utvecklas med andra drabbade vävnader, detta är fallet hos personer med ADOA+. Vi korrigerade också denna avvikelse i OPA1-proteinet i denna studie. Detta är viktigt eftersom detta tillvägagångssätt inte bara producerar den andra kopian som behövs, utan också tar bort det defekta "dåliga" proteinet och förhindrar att det har en dålig effekt på synnervcellen.
Flera mutationer på OPA1-genen kan orsaka ADOA. Men i denna studie fokuserade vi på en mycket specifik del av OPA1-genen för att korrigera OPA1-proteinerna. Det är i grund och botten hur CRISPR-tekniken vi använde fungerar – det är ett stort genombrott för forskning eftersom det gör att vi forskare kan göra förändringar nästan var som helst i genomet. Använda något som kallas en RNA-guide, som styr ett enzym Cas9 att skära på en specifik plats, och en reparationsmall som sedan ersätter den skadade delen av genen genom en process som kallas homolog riktad reparation (HDR). Denna HDR är något som celler gör för att korrigera fel i deras DNA när de växer.
Men nackdelen med denna metod är att den är väldigt specifik – det här är ett tillvägagångssätt som måste utvecklas och testas för varje olika DNA-förändring. Den goda nyheten är att vi nyligen har kunnat rikta in oss på andra förändringar i OPA1 med nya guider och fixmallar, men möjligheten att rikta in sig på flera eller olika mål med samma guide skulle innebära att de måste ligga väldigt nära varandra (och vanligtvis är de inte så här). Vissa av de ärftliga förändringarna i OPA1 är dock ganska vanliga, så för personer som har samma abnormitet kan samma verktyg användas.
Som sagt, det finns försök att ersätta stora bitar av gener på ett mindre specifikt sätt - men dessa är mycket mindre effektiva och har ännu inte prövats i OPA1.
Hur kan dessa resultat bidra till ett läkemedel mot ADOA?
Nu har vi etablerat ett system för att producera synnervstamceller med redigerade gener. Dessa tillhandahåller den nödvändiga infrastrukturen för vidare forskning. Vi kan använda dessa genredigerade stamceller för att göra synnervceller i laboratorierätter och använda dem för att förstå sjukdomsprocessen i en mänsklig synnervcell. I sökandet efter en behandling kan vi också använda dessa genredigerade stamceller för att göra jämförelser med de ursprungliga patientcellerna och för att testa hur väl möjliga terapier fungerar. Kort sagt, vi är redo att börja testa terapier på bioteknikföretag eller andra akademiska laboratorier. Vi kan också försöka utveckla effektiva metoder för att manipulera förändringarna i optiska neuroner.
Kan detta tillvägagångssätt prövas på riktiga ADOA-patienter?
Det finns flera tekniska utmaningar innan vi kan använda denna terapi på levande patienter. Riktiga synnervceller är inte stamceller, och i denna studie kräver HDR-tekniken att cellerna delar sig. Synnervceller i en ADOA-patient delar sig inte längre, så detta tillvägagångssätt skulle inte fungera utan modifieringar. Vi överväger olika tillvägagångssätt för att återställa gener i en levande optisk nervcell, men forskare som vi är fortfarande i ett tidigt skede av att utveckla en praktisk terapi.
Det vi med säkerhet vet är att om vi reparerar genen kan den reparerade genen stoppa celldöd i stamceller och vi hoppas att samma sak kommer att hända i synnerven.
Förbättrar sådan genredigering synen, eller hjälper den bara retinala ganglieceller att överleva (mycket) längre? Så kan en sådan genterapi vända synnedgången, eller bara stabilisera synen?
Detta tillvägagångssätt liknar många andra som för närvarande utvecklas och testas – det skulle främst syfta till att hjälpa synnervsceller att överleva längre. Det är möjligt att som en del av detta kommer de återstående synnervcellerna att fungera bättre förutom att stabilisera synen. Detta tillvägagångssätt kan dock inte ersätta celler som redan har gått förlorade. Så det skulle vara till begränsad nytta för någon som är mycket hårt drabbad av ADOA.
Tydligen är detta en väldigt spännande utveckling, som vi kommer att följa under de kommande åren!
Av Peter Makai
