Dodano: 26 czerwiec 2018r.

Badania nad leczeniem autyzmu. Niektóre objawy mogą być zahamowane

Dzięki zastosowaniu metody edycji genów CRISPR naukowcom udało się znacząco osłabić niektóre nadmiernie powtarzane zachowania związane z autyzmem u myszy. Badacze opracowali do tego specjalną technikę wykorzystującą nanocząsteczki złota.

 

Badacze zastosowali technikę edycji genów CRISPR-Cas9, aby złagodzić niektóre objawy autyzmu u myszy z postacią zespołu łamliwego chromosomu X, najczęstszą znaną pojedynczą przyczyną zaburzeń ze spektrum autyzmu. Zespół łamliwego chromosomu X cechuje się obniżeniem poziomu rozwoju intelektualnego. Niektóre objawy behawioralne choroby pokrywają się z objawami charakterystycznymi dla autyzmu.

Technika opracowana na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley (University of California, Berkeley – UC Berkeley) wykorzystuje nanocząsteczki złota do dostarczenia enzymu tnącego DNA do mózgu. Technika została nazwana CRISPR-Gold. Dzięki niej naukowcy byli w stanie edytować gen dla receptora neuroprzekaźnika i zmniejszyć powtarzalne zachowanie charakterystyczne dla zespołu łamliwego chromosomu X (fragile X syndrome - FXS).

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) to system używany przez bakterie do obrony przed wirusami. To taki mechanizm obronny, powtarzająca się sekwencja fragmentów DNA. Zauważona została przez Yoshizumi Ishino pod koniec lat 80. ubiegłego wieku w genomie bakterii Escherichia coli. Mechanizm tez zawiera informacje o DNA wirusów i w połączeniu z enzymem tnącym DNA – endonukleazą Cas9 stanowi system obrony przed wirusami.

Sama metoda CRISPR-Cas9 działa na zasadzie rozpoznawania obcego DNA dzięki mRNA, które odpowiada za przenoszenie informacji genetycznej. RNA to przewodnik po łańcuchu DNA. Potrafi znaleźć w genomie precyzyjnie wyznaczone miejsce i doprowadzić tam odpowiedni enzym - Cas9. Białko Cas9 działa jak nożyczki - rozcina DNA w dokładnie wskazanym miejscu. Na kolejnym etapie można w to wybrane miejsce DNA wbudować jakiś inny, precyzyjnie zaprojektowany fragment DNA.

 

Przesadnie powtarzalne zachowania są typowymi cechami zaburzeń ze spektrum autyzmu. Skuteczne ograniczenie tych zachowań w modelach myszy z zespołem łamliwego chromosomu X pokazuje potencjalne zastosowanie tej techniki w innych typach autyzmu, dla których znana jest przyczyna genetyczna.

- W przypadku autyzmu nie ma jeszcze żadnych, skutecznych terapii ani lekarstw, a wiele badań klinicznych dotyczących leków atakujących białka wywołujące autyzm zawiodło – powiedziała Hye Young Lee z Uniwersytetu Teksańskiego w San Antonio. - To pierwszy przypadek, w którym byliśmy w stanie dokonać edycji genu odpowiedzialnego za autyzm w mózgu i wykazać zahamowanie objawów behawioralnych – dodała.

- Naprawdę interesującą rzeczą jest to, że Hye Young Lee była w stanie wykazać, że dzięki CRISPR-Gold można wyeliminować geny powodujące choroby i faktycznie zobaczyć dość znaczące zmiany zachowań – zaznaczył Niren Murthy, profesor bioinżynierii z UC Berkeley. 

Naukowcy wciąż nie znają przyczyny wystąpienia zaburzeń ze spektrum autyzmu (autism spectrum disorder - ASD). Około 30-35 proc. przypadków ASD wiąże się z rzadkimi wariantami genetycznymi. Dodatkowo czynniki środowiskowe oraz różne mutacje także odgrywają rolę. Osoby z zaburzeniami z ASD mają problemy z interakcją z innymi ludźmi. Często pojawiają się wspomniane już nadmiernie powtarzane zachowania, takie jak kołysanie się czy obsesyjne ustawianie zabawek w linii prostej.

Ale wachlarz symptomów jest ogromny. Mogą one obejmować łagodne problemy behawioralne lub wyniszczające zachowania kompulsywne, lęki, zaburzenia poznawcze i wiele innych. Ponieważ objawy ASD są tak zróżnicowane, a przyczyny nie są jeszcze w pełni zrozumiałe, diagnoza i leczenie są bardzo trudne.

Podczas gdy wydaje się, że ASD ma różne przyczyny, w tym wiele mutacji genetycznych, zaburzenia pojedynczego genu, tak jak w przypadku FXS, są prostszym sposobem na zbadanie przyczyn i opracowania potencjalnych terapii. ASD dotyka około jeden proc. dzieci, a przypadki FXS zdarzają się u jednego na 4 tys. chłopców i jednej na 6 tys. dziewczynek.

Wyniki badań zostały opublikowane na łamach „Nature Biomedical Engineering”.

Nowe badanie jest pierwszą demonstracją, że białko Cas9 może być transportowane do mózgu w celu usunięcia genu i mieć działanie terapeutyczne. Wprowadzanie Cas9 do neuronów za pośrednictwem wirusów może stwarzać problemy, ponieważ gen zachowuje ekspresję enzymu Cas9, co prowadzi do losowego cięcia innych genów. CRISPR-Gold niesie sam kompleks Cas9 - oczyszczone białko Cas9 i przewodnik RNA - bezpośrednio do komórek, gdzie dokonuje cięć, a następnie znika.

- Jeśli w technice CRISPR skorzystasz z pomocy wirusa, nie możesz kontrolować ilości białka Cas9 i przewodnika RNA, więc wstrzyknięcie go przez wirus może potencjalnie prowadzić do pojawienia się problemów. Dzięki metodzie CRISPR-Gold możemy kontrolować ilość, którą chcemy wstrzyknąć i która prawdopodobnie minimalizuje efekty uboczne stosowania CRISPR – wyjaśniła Lee.

- Technika ta otwiera drzwi do leczenia różnorodnych stanów - od uzależnienia od opioidów i bólu neuropatycznego po schizofrenię i napady padaczkowe - powiedział Murthy.

W eksperymencie na myszach z FXS naukowcy wstrzyknęli CRISPR-Gold niosące kompleks Cas9 do prążkowia, regionu mózgu znanego z pośredniczenia w tworzeniu nawyków, w tym związanego z powtarzającymi się zachowaniami typowymi dla ASD. Cas9 był ukierunkowany na receptor pobudzający, metabotropowy receptor glutaminianu 5 (mGluR5), który bierze udział w komunikacji między neuronami i jest znany z rozregulowania w FXS. Poprzez wyłączenie genu dla mGluR5 naukowcy byli w stanie tłumić przesadzone przekazywanie sygnału między komórkami i zmniejszać powtarzalne zachowanie.

- Przed tym eksperymentem nie wiedzieliśmy, czy receptor mGluR5 w prążkowiu był szczególnie zaangażowany w wyolbrzymione powtarzalne zachowanie; to ważne odkrycie – podkreśliła Lee.

U myszy z FXS powtarzalne zachowanie obejmowało obsesyjne kopanie i okresowe skoki. Po zastosowaniu CRISPR-Gold kopanie zmniejszyło się o około 30 proc., a częstotliwość skoków spadła o 70 proc. W doświadczeniu około 50 procent genów mGluR5 w prążkowiu zostało poddanych edycji, co zmniejszyło liczbę białek receptorowych o prawie połowę.

We wcześniejszych badaniach różne firmy farmaceutyczne próbowały wstrzykiwać nanocząsteczki niosące leki do układu krwionośnego w celu zablokowania tego samego receptora. W badaniach tych zaobserwowano pewne zmniejszenia powtarzalnych zachowań, ale myszy stawały się odporne na kolejne dawki, tak jakby wzrastała im tolerancja.

Za opracowaniem metody CRISPR-Gold stoi Murthy. Jego praca koncentruje się na sposobach dostarczania leków i opracowywaniu nowych antybiotyków. Technika ta wykorzystuje nanocząsteczki złota pokryte gęstą siecią łańcuchów DNA, które trzymają cząsteczki Cas9, które z kolei są połączeniem enzymu do cięcia genów i przewodnika RNA. Całość zamknięta jest w polimer, który pomaga mu dostać się do właściwych komórek.

W ubiegłym roku Murthy i jego koledzy wykazali, że CRISPR-Gold może przenosić Cas9 do komórek mięśniowych i zastąpić zmutowany gen normalnym genem, aby zwiększyć siłę u myszy z dystrofią mięśniową Duchenne'a. Nowe badanie dowodzi, że CRISPR-Gold może z powodzeniem wprowadzić również Cas9 do różnych komórek w mózgu.

- W publikacji wykazaliśmy, że byliśmy w stanie edytować nie tylko neurony, ale także mikrogleje, które są częścią układu odpornościowego mózgu i astrocyty, które wspierają neurony – przyznał Murthy, który wraz ze swoimi kolegami opracowuje i testuje nowe terapie CRISPR-Gold dla różnych chorób genetycznych. Edycja komórek mózgowych otwiera drzwi do leczenia wielu zaburzeń.

 

Źródło: University of California, Berkeley, The Telegraph