Genredigering viser løfte som værktøj til at bekæmpe neurolidelser hos babyer, finder UNC-undersøgelse

CHAPEL HILL – Babyer født med en defekt moderkopi af UBE3A-genet vil udvikle Angelman-syndrom, en alvorlig neuroudviklingssygdom uden helbredelse og begrænsede behandlinger. For første gang viser forskere ved UNC School of Medicine, at genredigerings- og genterapiteknikker kan bruges til at genoprette UBE3A i humane neuronkulturer og behandle underskud i en dyremodel af Angelmans syndrom.

Dette værk, udgivet i Natur og ledet af seniorforfatter Mark Zylka, PhD, direktør for UNC Neuroscience Center og WR Kenan, Jr. Distinguished Professor of Cell Biology and Physiology, lægger et vigtigt grundlag for en langvarig behandling eller kur mod denne invaliderende sygdom, såvel som en terapeutisk vej frem for andre enkelt-gen lidelser.

"Vores undersøgelse viser, hvordan flere symptomer forbundet med Angelman syndrom kan behandles med en CRISPR-Cas9 genterapi," sagde Zylka. "Og vi forfølger nu dette med hjælp fra klinikere på UNC-Chapel Hill."

Angelmans syndrom er forårsaget af en deletion eller mutation af den moderlige kopi af genet, der koder for ubiquitinproteinet ligase E3A (UBE3A). Den faderlige kopi af UBE3A er typisk tavs i neuroner, så tabet af moder UBE3A resulterer i et fuldstændigt fravær af UBE3A-enzymet i de fleste områder af hjernen. Det er afgørende, fordi enzymet målretter proteiner til nedbrydning, en proces, der opretholder normal funktion af hjerneceller. Når den proces går skævt, er resultatet Angelmans syndrom, en hjernesygdom med symptomer, der omfatter alvorlige intellektuelle og udviklingsmæssige handicap, anfald og problemer med tale, balance, bevægelse og søvn.

“Tænder den faderlige kopi af UBE3A er en attraktiv terapeutisk strategi, fordi den kan vende den underliggende molekylære mangel ved sygdommen,” sagde Zylka. Det faderlige gen dæmpes dog af en lang streng af RNA, der produceres i antisense-orientering til UBE3A, som blokerer produktionen af enzymet fra den faderlige kopi af genet.

Medlemmer af Zylka-laboratoriet, herunder postdoc-stipendiater Justin Wolter, PhD, og Giulia Fragola, PhD, satte sig for at udtænke en måde at bruge CRISPR-Cas9 til at genoprette UBE3A-enzymet til normale niveauer ved at forstyrre antisense-RNA'et. Foreløbige data i cellekulturer var lovende, og Zylka modtog tilskud fra NIH, det Angelman Syndrome Foundation, og Simons Foundation for at teste deres resultater i humane neuroner og i en musemodel af sygdommen.

I den Natur papir, co-first forfattere Wolter og Hanqian Mao, PhD, en postdoc i Zylka-laboratoriet, og UNC-kolleger beskriver brugen af en adeno-associeret virus (AAV) genterapi til at levere Cas9-proteinet gennem hjernen på embryonale mus, der modellerer Angelman syndrom . Fordi UBE3A er afgørende for normal hjerneudvikling, er tidlig behandling afgørende. Forskerne fandt ud af, at embryonal og tidlig postnatal behandling reddede fysiske og adfærdsmæssige fænotyper, der modellerer kerneunderskud fundet hos Angelman-syndrompatienter. Bemærkelsesværdigt, en enkelt neonatal injektion af AAV udæmpet paternal Ube3a i mindst 17 måneder, og dataene tyder på, at denne effekt sandsynligvis vil være permanent. Forskerne viste også, at denne tilgang var effektiv i menneskelige neuroner i kultur.

"Vi blev blæst bagover, da vi fik disse resultater," sagde Zylka. "Ingen andre behandlinger, der i øjeblikket forfølges for Angelmans syndrom, varer så længe, og de behandler heller ikke så mange symptomer. Jeg er sikker på, at andre i sidste ende vil genkende fordelene ved at opdage mutationen, der forårsager Angelman syndrom prænatalt og behandle kort derefter."

Wolter tilføjede: "Resultaterne af tidlig behandling var meget lovende. Siden vi lærte, at vi kunne reducere sværhedsgraden af Angelmans syndrom hos mus, er vi nu fokuseret på at forfine vores tilgang på måder, der vil være egnede til brug hos mennesker."

Mens man arbejder på at oversætte denne forskning til klinikken, vil Zylka-laboratoriet samarbejde med forskere ved Carolina Institute for Developmental Disabilities (CIDD) for at identificere symptomer hos babyer, der har den genetiske mutation, der forårsager Angelmans syndrom.

Zylkas laboratorium arbejder sammen med CIDD-forskere ledet af CIDD-direktør Joseph Piven, MD, for at bruge hjernebilleddannelse og adfærdsobservationer til at identificere symptomer forbundet med Angelmans syndrom hos spædbørn. Anekdotiske rapporter tyder på, at disse spædbørn har svært ved at spise og har nedsat muskeltonus, men disse og andre tidlige symptomer er ikke blevet nøje karakteriseret til dato.

"Ideen er at bruge genetiske tests til at identificere babyer, der sandsynligvis vil udvikle Angelman-syndrom, behandle prænatalt eller omkring fødslen og derefter bruge disse tidlige symptomer som endepunkter til at evaluere effektiviteten i et klinisk forsøg," sagde Zylka. "Vores data og data fra andre grupper indikerer klart, at prænatal behandling har potentialet til at forhindre, at Angelmans syndrom udvikler sig fuldt ud."

Som en del af Natur undersøgelse fandt forskerne også ud af, at genterapivektoren blokerede antisense-RNA'et ved at integrere sig i genomet på steder skåret af CRISPR-Cas9. Denne såkaldte "genfælde" kunne udnyttes til at forstyrre andre lange ikke-kodende RNA'er og gener.

Zylka tilføjede: "Vi er utrolig glade for at fortsætte dette arbejde med håbet om at hjælpe børn og familier med at overvinde denne invaliderende tilstand. Støtte fra NIH, Simons Foundation og Angelman Syndrome Foundation var afgørende for at få dette arbejde fremad."

Sammen med Zylka, Wolter og Mao er medforfattere til Nature-papiret Giulia Fragola, PhD, postdoc i Zylka-laboratoriet på tidspunktet for denne forskning; Jeremy Simon, ph.d., forskningslektor; James Krantz, Zylka lab research associate; Hannah Bazick, Zylka laboratoriestuderende; Baris Oztemiz, Zylka laboratorietekniker; og Jason Stein, PhD, assisterende professor i genetik og medlem af UNC Neuroscience Center; alt sammen ved UNC-Chapel Hill.

Denne forskning blev finansieret af tilskud fra National Institutes of Health, Simons Foundation, Angelman Syndrome Foundation, Eshelman Institute for Innovation og Pfizer-NCBiotech Distinguished Postdoctoral Fellowship i genterapi.

(C) UNC-CH

Original artikelkilde: WRAL TechWire