Разрушительное, неизлечимое в настоящее время заболевание мотонейронов, спинальную мышечную атрофию (SMA), вскоре можно будет лечить с помощью крошечных химически модифицированных кусочков РНК, называемых антисмысловыми олигонуклеотидами (ASO).
Ученым из лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) и калифорнийской компании Isis Pharmaceuticals удалось обратить вспять симптомы СМА типа III, относительно легкую форму заболевания, у мышей, введя ASO в их спинной мозг. ASO исправляет молекулярную ошибку, лежащую в основе SMA, перенаправляя процесс редактирования клеток, называемый альтернативным сплайсингом.
"Подтверждение эффективности ASO на животных моделях является важным доклиническим шагом перед тем, как эту стратегию можно будет применять у пациентов с SMA," говорит профессор CSHL Адриан Крайнер, Ph.D. "Теперь мы успешно продемонстрировали эту терапевтическую эффективность на нервной системе мышей. Хотя у мышей наблюдаются лишь легкие симптомы СМА типа III, наше лечение может эффективно их исправить."
Частично основываясь на выводах команды, которые появятся в сети перед выходом в печать 12 июля в журнале Genes and Development, Isis выбрала антисмысловой препарат-кандидат, чтобы продолжить разработку для лечения SMA.
"СМА является ведущей генетической причиной младенческой смертности и имеет ограниченные возможности лечения для пациентов. С доктором. В лаборатории Крайнера в лаборатории Колд-Спринг-Харбор мы добились значительного прогресса в выявлении кандидата на разработку лекарственного препарата и проведении ранних доклинических исследований, чтобы оценить его терапевтический потенциал," сказал Фрэнк Беннетт, доктор философии.D., Старший вице-президент по исследованиям Isis Pharmaceuticals. "Мы стремимся продвигать эту программу в сторону клиники."
СМА вызывается недостаточным уровнем белка, называемого выживанием моторных нейронов (SMN), в моторных нейронах спинного мозга, которые истощаются вместе с мышцами, которые они больше не могут контролировать. Ген SMN1, который продуцирует белок SMN, отсутствует или не подлежит восстановлению у пациентов с СМА. У людей есть второй ген, продуцирующий SMN, называемый SMN2, но этот ген – плохая резервная копия, поскольку он производит очень мало функционального белка SMN. Этот недостаток проистекает из ошибки, которая происходит во время сплайсинга, процесса молекулярного редактирования, который начинается после того, как ДНК гена была скопирована в РНК.
Обычно вновь скопированные молекулы РНК редактируются или сплайсируются, чтобы создать функциональную схему производства белка. Клеточный механизм, включающий ферменты сплайсинга, вырезает ненужные фрагменты РНК, называемые интронами, и соединяет вместе оставшиеся важные фрагменты, называемые экзонами. Однако в случае гена SMN2 комплекс сплайсинга ошибочно пропускает экзон.
"Ожидается, что уговоры клеток пациента эффективно включить этот экзон, а не пропускать его, снизит тяжесть симптомов СМА," объясняет Крайнер. "Наша стратегия по усилению включения экзона заключалась в том, чтобы разрушить или замаскировать «сайленсеры сплайсинга» – участки РНК внутри или вокруг экзона, которые ухудшают его распознавание механизмом сплайсинга клетки и тем самым способствуют его пропуску."
Несколько лет назад команда Крайнера и их сотрудники из Isis разработали и протестировали синтетические молекулы, ASO, которые можно запрограммировать на связывание с любым фрагментом РНК в соответствии с последовательностью нуклеотидов этой целевой РНК или "письма" своего генетического кода. Сравнивая сотни ASO, нацеленных на различные области в пропущенном экзоне или рядом с ним в РНК SMN2, команда остановилась на одном ASO, который оптимально увеличивал включение экзона и производство функционального белка SMN.
"Мы впервые показали, что этот ASO исправляет сплайсинг SMN2 в пробирке и в клетках пациентов, выращенных в лаборатории," говорит исследователь CSHL Иминь Хуа, Ph.D., кто возглавил эту работу в лаборатории Крайнера. В 2008 году команда ввела эти молекулы ASO в кровоток мышей, сконструированных так, чтобы нести человеческий ген SMN2, который проявляет симптомы СМА типа III. Этот режим скорректировал сплайсинг SMN2 в печени и почках животных, но не в нейронах спинного мозга – там, где они наиболее необходимы – потому что ASO не смогли преодолеть гематоэнцефалический барьер и проникнуть в спинной мозг.
Теперь сотрудники преодолели это ограничение, напрямую доставив ASO в центральную нервную систему животных, что является обычным способом введения других лекарств, таких как химиотерапевтические агенты. Введение ASO в жидкость, которая окружает головной и спинной мозг, привело к значительному увеличению уровней белка SMN в отдельных двигательных нейронах спинного мозга мышей со SMA III типа.
"Этот эффект сохранялся в течение полугода после окончания лечения, указывая на то, что ASO чрезвычайно стабилен," объясняет Крайнер. "И, что не менее важно, ни одна из протестированных доз ASO не вызвала токсичности или воспаления ни у одной из протестированных мышей."
У мышей со СМА типа III обычно развивается некроз – отмирание клеток и разрушение тканей – во взрослом возрасте. Хотя у них не наблюдается мышечной слабости, эти животные начинают терять хвост и уши через 3-4 недели после рождения, а полная потеря происходит в течение еще нескольких недель. Чтобы проверить способность ASO предотвращать эти симптомы, которые напоминают клинические признаки, наблюдаемые у некоторых младенцев с более тяжелым типом I SMA, команда обработала неонатальных мышей или 15-дневные мышиные эмбрионы с помощью одной инъекции ASO.
Это лечение предотвратило некроз хвоста и уха у новорожденных и эмбрионов, который развился во взрослых с нормальными хвостами и ушами. Исследователи предполагают, что поставка терапевтического ASO в центральную нервную систему животных, которая восстанавливает клеточные уровни белка SMN, может, в свою очередь, предотвратить разрушение нейронов, мышечное истощение и сосудистые проблемы в хвосте и ушах.