UNC-Studie zeigt, dass Genbearbeitung ein vielversprechendes Instrument zur Bekämpfung von Neurostörungen bei Babys ist

KAPELLENHÜGEL - Babys, die mit einer fehlerhaften mütterlichen Kopie des UBE3A-Gens geboren werden, entwickeln das Angelman-Syndrom, eine schwere neurologische Entwicklungsstörung, für die es keine Heilung und nur begrenzte Behandlungsmöglichkeiten gibt. Jetzt zeigen Wissenschaftler der UNC School of Medicine zum ersten Mal, dass Techniken der Genbearbeitung und Gentherapie zur Wiederherstellung von UBE3A in menschlichen Neuronenkulturen und zur Behandlung von Defiziten in einem Tiermodell des Angelman-Syndroms eingesetzt werden können.

Diese Arbeit, veröffentlicht in Natur und unter der Leitung des leitenden Autors Mark Zylka, PhD, Direktor des UNC Neuroscience Center und WR Kenan, Jr., angesehener Professor für Zellbiologie und Physiologie, legt wichtige Grundlagen für eine dauerhafte Behandlung oder Heilung dieser schwächenden Krankheit sowie a therapeutischer Weg für andere Einzelgenerkrankungen.

„Unsere Studie zeigt, wie mehrere mit dem Angelman-Syndrom verbundene Symptome mit einer CRISPR-Cas9-Gentherapie behandelt werden könnten“, sagte Zylka. „Und wir verfolgen dies jetzt mit Hilfe von Klinikern am UNC-Chapel Hill.“

Das Angelman-Syndrom wird durch eine Deletion oder Mutation der mütterlichen Kopie des Gens verursacht, das für die Ubiquitin-Proteinligase E3A (UBE3A) kodiert. Die väterliche Kopie von UBE3A wird typischerweise in Neuronen zum Schweigen gebracht, so dass es zum Verlust mütterlicher Aktivität kommt UBE3A führt zu einem vollständigen Fehlen des UBE3A-Enzyms in den meisten Bereichen des Gehirns. Das ist von entscheidender Bedeutung, da das Enzym auf den Abbau von Proteinen abzielt, ein Prozess, der die normale Funktion der Gehirnzellen aufrechterhält. Wenn dieser Prozess schiefgeht, kommt es zum Angelman-Syndrom, einer Gehirnstörung mit Symptomen wie schweren geistigen und Entwicklungsstörungen, Krampfanfällen und Problemen mit Sprache, Gleichgewicht, Bewegung und Schlaf.

„Die väterliche Kopie von einschalten UBE3A ist eine attraktive Therapiestrategie, da sie den zugrunde liegenden molekularen Mangel der Krankheit umkehren könnte“, sagte Zylka. Allerdings wird das väterliche Gen durch einen langen RNA-Strang, der in der Antisense-Orientierung produziert wird, zum Schweigen gebracht UBE3A, Dadurch wird die Produktion des Enzyms aus der väterlichen Kopie des Gens blockiert.

Mitglieder des Zylka-Labors, darunter die Postdoktoranden Justin Wolter, PhD, und Giulia Fragola, PhD, machten sich daran, einen Weg zu finden, CRISPR-Cas9 zu verwenden, um das UBE3A-Enzym durch Störung der Antisense-RNA wieder auf normale Werte zu bringen. Die vorläufigen Daten zu Zellkulturen waren vielversprechend und Zylka erhielt Zuschüsse von das NIH, Die Angelman-Syndrom-Stiftungund die Simons Foundation, um ihre Ergebnisse an menschlichen Neuronen und in einem Mausmodell der Krankheit zu testen.

Im Natur In der Arbeit beschreiben die Co-Erstautoren Wolter und Hanqian Mao, PhD, ein Postdoktorand im Zylka-Labor, und UNC-Kollegen die Verwendung einer Adeno-assoziierten Virus (AAV)-Gentherapie, um das Cas9-Protein durch das Gehirn von embryonalen Mäusen zu transportieren, die das Angelman-Syndrom modellieren . Da UBE3A für die normale Gehirnentwicklung unerlässlich ist, ist eine frühzeitige Behandlung von entscheidender Bedeutung. Die Forscher fanden heraus, dass die embryonale und frühe postnatale Behandlung körperliche und Verhaltensphänotypen rettete, die die Kerndefizite von Angelman-Syndrom-Patienten modellieren. Bemerkenswert ist, dass eine einzige AAV-Injektion bei Neugeborenen die väterliche Wirkung nicht zum Schweigen brachte Ube3a für mindestens 17 Monate, und die Daten deuten darauf hin, dass dieser Effekt wahrscheinlich dauerhaft ist. Die Forscher zeigten auch, dass dieser Ansatz bei menschlichen Neuronen in Kultur wirksam war.

„Wir waren überwältigt, als wir diese Ergebnisse erhielten“, sagte Zylka. „Keine andere Behandlung des Angelman-Syndroms hält derzeit so lange und behandelt auch nicht so viele Symptome. Ich bin zuversichtlich, dass andere irgendwann die Vorteile erkennen werden, die es mit sich bringt, die Mutation, die das Angelman-Syndrom verursacht, pränatal zu erkennen und kurz danach zu behandeln.“

Wolter fügte hinzu: „Die Ergebnisse der frühzeitigen Behandlung waren sehr vielversprechend. Da wir erfahren haben, dass wir die Schwere des Angelman-Syndroms bei Mäusen reduzieren können, konzentrieren wir uns nun darauf, unseren Ansatz so zu verfeinern, dass er für den Einsatz beim Menschen geeignet ist.“

Während das Zylka-Labor daran arbeitet, diese Forschung in die Klinik zu übertragen, wird es mit Forschern des Carolina Institute for Developmental Disabilities (CIDD) zusammenarbeiten, um Symptome bei Babys zu identifizieren, die die genetische Mutation aufweisen, die das Angelman-Syndrom verursacht.

Zylkas Labor arbeitet mit CIDD-Forschern unter der Leitung von CIDD-Direktor Joseph Piven, MD, zusammen, um mithilfe von Gehirnbildgebung und Verhaltensbeobachtungen Symptome im Zusammenhang mit dem Angelman-Syndrom bei Säuglingen zu identifizieren. Anekdotische Berichte deuten darauf hin, dass diese Säuglinge Schwierigkeiten beim Füttern und einen verminderten Muskeltonus haben, aber diese und andere frühe Symptome wurden bisher nicht genau charakterisiert.

„Die Idee besteht darin, genetische Tests zu verwenden, um Babys zu identifizieren, bei denen die Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie ein Angelman-Syndrom entwickeln, sie pränatal oder zum Zeitpunkt der Geburt zu behandeln und diese frühen Symptome dann als Endpunkte zu verwenden, um die Wirksamkeit in einer klinischen Studie zu bewerten“, sagte Zylka. „Unsere Daten und die anderer Gruppen zeigen eindeutig, dass eine vorgeburtliche Behandlung das Potenzial hat, die vollständige Entwicklung des Angelman-Syndroms zu verhindern.“

Im Rahmen des Natur In der Studie fanden die Forscher außerdem heraus, dass der Gentherapie-Vektor die Antisense-RNA blockierte, indem er sich an den durch CRISPR-Cas9 geschnittenen Stellen in das Genom integrierte. Diese sogenannte „Genfalle“ könnte ausgenutzt werden, um andere lange nichtkodierende RNAs und Gene zu zerstören.

Zylka fügte hinzu: „Wir freuen uns unglaublich, diese Arbeit voranzutreiben, in der Hoffnung, Kindern und Familien dabei zu helfen, diese belastende Erkrankung zu überwinden.“ Die Unterstützung des NIH, der Simons Foundation und der Angelman Syndrome Foundation war für die Weiterentwicklung dieser Arbeit von entscheidender Bedeutung.“

Co-Autoren des Nature-Artikels sind neben Zylka, Wolter und Mao Giulia Fragola, PhD, Postdoktorandin im Zylka-Labor zum Zeitpunkt dieser Forschung; Jeremy Simon, PhD, wissenschaftlicher Mitarbeiter; James Krantz, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Zylka-Labor; Hannah Bazick, Doktorandin im Zylka-Labor; Baris Oztemiz, Forschungstechniker im Zylka-Labor; und Jason Stein, PhD, Assistenzprofessor für Genetik und Mitglied des UNC Neuroscience Center; alle im UNC-Chapel Hill.

Diese Forschung wurde durch Zuschüsse der National Institutes of Health, der Simons Foundation, der Angelman Syndrome Foundation, des Eshelman Institute for Innovation und des Pfizer-NCBiotech Distinguished Postdoctoral Fellowship in Gene Therapy finanziert.

(C) UNC-CH

Originalquelle des Artikels: WRAL TechWire