Genredigering visar ett löfte som ett verktyg för att bekämpa neurostörningar hos spädbarn, finner UNC-studien

CHAPEL HILL – Spädbarn som föds med en felaktig moderkopia av UBE3A-genen kommer att utveckla Angelmans syndrom, en allvarlig neuroutvecklingsstörning utan botemedel och begränsade behandlingar. Nu, för första gången, visar forskare vid UNC School of Medicine att genredigerings- och genterapitekniker kan användas för att återställa UBE3A i mänskliga neuronkulturer och behandla underskott i en djurmodell av Angelmans syndrom.

Detta verk, publicerat i Natur och leds av seniorförfattaren Mark Zylka, PhD, direktör för UNC Neuroscience Center och WR Kenan, Jr. Distinguished Professor of Cell Biology and Physiology, lägger viktiga grunder för en långvarig behandling eller botemedel mot denna försvagande sjukdom, såväl som en terapeutisk väg framåt för andra singel-störningar.

"Vår studie visar hur flera symtom förknippade med Angelmans syndrom kan behandlas med en CRISPR-Cas9 genterapi," sa Zylka. "Och vi driver nu detta med hjälp av kliniker vid UNC-Chapel Hill."

Angelmans syndrom orsakas av en deletion eller mutation av moderns kopia av genen som kodar för ubiquitinproteinligas E3A (UBE3A). Faderns kopia av UBE3A tystas vanligtvis i neuroner, så förlusten av modern UBE3A resulterar i en fullständig frånvaro av UBE3A-enzymet i de flesta delar av hjärnan. Det är avgörande eftersom enzymet riktar sig mot proteiner för nedbrytning, en process som upprätthåller normal funktion hos hjärnceller. När den processen går snett blir resultatet Angelmans syndrom, en hjärnstörning med symtom som inkluderar allvarliga intellektuella och utvecklingsstörningar, kramper och problem med tal, balans, rörelser och sömn.

”Slå på faderns kopia av UBE3A är en attraktiv terapeutisk strategi eftersom den kan vända den underliggande molekylära bristen hos sjukdomen, säger Zylka. Emellertid tystas den faderliga genen av en lång sträng av RNA, producerad i antisensorientering till UBE3A, som blockerar produktionen av enzymet från den faderliga kopian av genen.

Medlemmar av Zylka-labbet, inklusive postdoktorerna Justin Wolter, PhD, och Giulia Fragola, PhD, bestämde sig för att ta fram ett sätt att använda CRISPR-Cas9 för att återställa UBE3A-enzymet till normala nivåer genom att störa antisens-RNA:t. Preliminära data i cellkulturer var lovande, och Zylka fick bidrag från NIH, den Angelman Syndrome Foundation, och Simons Foundation för att testa sina resultat i mänskliga neuroner och i en musmodell av sjukdomen.

I den Natur paper, medförfattarna Wolter och Hanqian Mao, PhD, en postdoc i Zylka-labbet, och UNC-kollegor beskriver användningen av en adeno-associerad virus (AAV) genterapi för att leverera Cas9-proteinet genom hela hjärnan hos embryonala möss som modellerar Angelmans syndrom . Eftersom UBE3A är avgörande för normal hjärnutveckling är tidig behandling avgörande. Forskarna fann att embryonal och tidig postnatal behandling räddade fysiska och beteendemässiga fenotyper som modellerar kärnunderskott som finns hos patienter med Angelmans syndrom. Anmärkningsvärt nog, en enda neonatal injektion av AAV tystnad paternal Ube3a i minst 17 månader, och data tyder på att denna effekt sannolikt kommer att vara permanent. Forskarna visade också att detta tillvägagångssätt var effektivt i mänskliga neuroner i kultur.

"Vi blev blåsta när vi fick de här resultaten," sa Zylka. "Inga andra behandlingar som för närvarande eftersträvas för Angelmans syndrom varar så länge, och de behandlar inte heller lika många symtom. Jag är övertygad om att andra så småningom kommer att inse fördelarna med att upptäcka mutationen som orsakar Angelmans syndrom prenatalt och behandla kort därefter."

Wolter tillade, "Resultaten av att behandla tidigt var mycket lovande. Eftersom vi lärde oss att vi kunde minska svårighetsgraden av Angelmans syndrom hos möss, är vi nu fokuserade på att förfina vårt tillvägagångssätt på sätt som är lämpliga för användning på människor."

Under arbetet med att översätta denna forskning till kliniken kommer Zylka-labbet att samarbeta med forskare vid Carolina Institute for Developmental Disabilities (CIDD) för att identifiera symtom hos spädbarn som har den genetiska mutationen som orsakar Angelmans syndrom.

Zylkas labb arbetar med CIDD-forskare under ledning av CIDD-direktör Joseph Piven, MD, för att använda hjärnavbildning och beteendeobservationer för att identifiera symtom associerade med Angelmans syndrom hos spädbarn. Anekdotiska rapporter tyder på att dessa spädbarn har svårt att äta och minskad muskeltonus, men dessa och andra tidiga symtom har hittills inte karakteriserats noggrant.

"Tanken är att använda genetiska tester för att identifiera spädbarn som sannolikt kommer att utveckla Angelmans syndrom, behandla prenatalt eller runt födseln, och sedan använda dessa tidiga symtom som slutpunkter för att utvärdera effektiviteten i en klinisk prövning," sade Zylka. "Våra och andra gruppers data indikerar tydligt att prenatal behandling har potential att förhindra att Angelmans syndrom utvecklas fullt ut."

Som en del av Natur I studien fann forskarna också att genterapivektorn blockerade antisens-RNA:t genom att integreras i genomet på platser som skärs av CRISPR-Cas9. Denna så kallade "genfälla" skulle kunna utnyttjas för att störa andra långa icke-kodande RNA och gener.

Zylka tillade, "Vi är otroligt glada över att fortsätta detta arbete med hopp om att hjälpa barn och familjer att övervinna detta försvagande tillstånd. Stöd från NIH, Simons Foundation och Angelman Syndrome Foundation var avgörande för att driva detta arbete framåt."

Tillsammans med Zylka, Wolter och Mao är medförfattare till Nature-uppsatsen Giulia Fragola, PhD, postdoc i Zylka-labbet vid tidpunkten för denna forskning; Jeremy Simon, PhD, forskningsdocent; James Krantz, Zylka lab research associate; Hannah Bazick, Zylka labbstudent; Baris Oztemiz, Zylka labbforskningstekniker; och Jason Stein, PhD, biträdande professor i genetik och medlem av UNC Neuroscience Center; allt vid UNC-Chapel Hill.

Denna forskning finansierades av anslag från National Institutes of Health, Simons Foundation, Angelman Syndrome Foundation, Eshelman Institute for Innovation och Pfizer-NCBiotech Distinguished Postdoctoral Fellowship in Gen Therapy.

(C) UNC-CH

Ursprunglig artikelkälla: WRAL TechWire