Выбор кратчайшего пути: новые подходы к терапиям, снижающим уровень хантингтина

Новое исследование учёных из Вашингтонского университета и Университетского колледжа Лондона изучает различные способы снижения уровня белка хантингтина при болезни Хантингтона (БХ). Их результаты позволяют предположить, что не все формы вредоносного хантингтина одинаково опасны в моделях БХ — и что нацеливание на наиболее опасную форму может привести к новым подходам к терапиям.

Гибридный ген со встроенной мишенью

БХ вызвана чрезмерно длинным участком ДНК-букв CAG в гене хантингтина (HTTHTT — одна из аббревиатур для гена, вызывающего болезнь Гентингтона. Этот же ген также называют HD и IT-15.), что приводит к тому, что клетки производят расширенную форму белка HTTHTT — одна из аббревиатур для гена, вызывающего болезнь Гентингтона. Этот же ген также называют HD и IT-15.. Со временем этот удлинённый белок может неправильно сворачиваться, нарушать нормальную активность клетки и образовывать липкие скопления внутри клеток головного мозга.

Для борьбы с этим многие экспериментальные терапии БХ направлены на снижение уровня белка HTTHTT — одна из аббревиатур для гена, вызывающего болезнь Гентингтона. Этот же ген также называют HD и IT-15.. Но исследователи всё чаще задаются вопросом, являются ли некоторые формы белка более вредными, чем другие, и может ли нацеливание на эти конкретные формы быть более полезным.

Чтобы решить этот вопрос, команда британских и американских учёных под руководством докторов Джиллиан Бейтс и Джеффа Кэрролла работала со специально созданной мышиной моделью БХ. У этой мыши небольшой участок нормального мышиного гена хантингтина был заменён человеческой версией, несущей очень длинную экспансию CAG-повторов, которая вызывает БХ-подобные симптомы у этой мыши.

Можно представить это как замену нескольких ключевых страниц в инструкции страницами из другого издания. Результатом является гибридный — или «химерный» — ген, который ведёт себя больше как человеческая версия.

Эта изобретательная конструкция дала исследователям уникальное преимущество: она создала генетическую «рукоятку», которая позволила им нацеливаться только на расширенный хантингтин, оставляя обычную версию нетронутой.

Когда сообщения обрываются: появление HTT1a

Гены не производят белки напрямую — сначала они создают РНК-сообщения, которые тщательно редактируются перед использованием. Эти сообщения содержат экзоны, которые представляют собой фактические инструкции, и интроны — участки, которые обычно удаляются перед производством белков. Но при БХ этот процесс может пойти не так.

Представьте это как отправку длинного электронного письма, но случайное нажатие кнопки «отправить» на полпути. Неполное сообщение может быть запутанным или ещё хуже.

Расширенный CAG-повторCAG-повтор — участок ДНК в начале гена БГ, который содержит последовательность CAG, повторяющуюся много раз, и является аномально длинным у людей, у которых развивается БГ., вызывающий БХ, находится в самом начале гена хантингтина. Иногда сообщение хантингтина обрывается, производя более мелкие фрагменты. Один укороченный продукт, который привлекает всё большее внимание, называется HTT1a.

Некоторые исследования позволяют предположить, что этот укороченный белковый фрагмент может быть особенно вредным: более склонным проникать в ядро клеток, слипаться вместе и нарушать нормальную активность генов.

Два способа снизить уровень хантингтина

Команда сравнила две различные стратегии лечения у мышей с БХ, используя антисмысловые олигонуклеотиды (АСОАСО — тип лечения методом сайленсинга (глушения) генов, при котором специально разработанные молекулы ДНК используются для выключения гена.) — небольшие ДНК-подобные молекулы, которые связываются с РНК-сообщениями и запускают их разрушение.

Один подход снижал весь хантингтин, как здоровый, так и расширенный. Другой был более точным, используя АСОАСО — тип лечения методом сайленсинга (глушения) генов, при котором специально разработанные молекулы ДНК используются для выключения гена., разработанный для распознавания человеко-специфичного участка, фланкирующего фрагмент HTT1a, который был вставлен в ген БХ в этой мышиной модели. Нацеливаясь на эту «очеловеченную» последовательность, лечение избирательно воздействовало на вредоносное сообщение хантингтина, щадя нормальную мышиную версию — и в то же время блокировало производство фрагмента HTT1a.

Одна цель, разный результат

Оба подхода снизили уровни расширенного хантингтина — но на этом сходство закончилось.

Удивительно, но в этой мышиной модели снижение всего хантингтина не оказало большого влияния. Токсичные белковые скопления остались, а генная активность в клетках головного мозга оставалась нарушенной.

Напротив, селективный подход имел более драматический эффект. Он снизил HTT1a, устранил белковые агрегаты и восстановил генную активность до нормальных уровней. Даже когда полноразмерный хантингтин был снижен, связанные с заболеванием проблемы сохранялись, если HTT1a также не был снижен.

Это позволяет предположить, что простого снижения хантингтина может быть недостаточно — может также иметь значение, на какие формы вы нацеливаетесь. Результаты дополняют растущие доказательства того, что фрагмент HTT1a может играть непропорционально большую роль в развитии БХ.

Изменение стратегии

Многие современные терапии БХ направлены на широкое снижение хантингтина. Но это исследование позволяет предположить, что возможен более точный подход — такой, который нацелен на расширенный ген и блокирует производство его наиболее токсичных форм.

Ещё предстоит работа, прежде чем это можно будет применить к людям. Но, сосредоточившись на том, что может быть ключевыми факторами повреждения, это исследование предлагает потенциально новый путь к лечению.

Если это сообщение звучит похоже на другую недавнюю статью HDBuzz, это потому, что два исследования являются частями одной головоломки. То исследование показало, что нацеливание на HTT1a может быть особенно полезным в некоторых моделях; это показывает, что оставление HTT1a без внимания может ограничить преимущества терапий, снижающих хантингтин. Вместе они усиливают доводы в пользу того, что HTT1a заслуживает серьёзного внимания.

Важные вопросы остаются

Какими бы многообещающими ни были эти результаты, всё ещё существуют некоторые важные оговорки. Мыши в этом исследовании рождаются с более чем 100 CAG в каждой клетке, несущей сконструированный ген БХ, в то время как большинство людей с БХ с началом во взрослом возрасте наследуют около 40–50. У людей CAG-повторы могут расти на протяжении десятилетий через соматическую экспансию, особенно в уязвимых клетках головного мозга, создавая мозаику различных длин повторов. Эти мыши по сути начинают жизнь с очень длинными повторами, которых некоторые человеческие клетки могут достичь только гораздо позже. Это делает их полезными для изучения длинных CAG-повторов, но может ускорять или преувеличивать процессы, такие как производство HTT1a, по сравнению с БХ у людей.

Другой вопрос касается лечения. Наиболее эффективное лечение как избирательно нацеливалось на расширенный ген, так и снижало токсичный фрагмент HTT1a — что затрудняет разделение того, какой фактор действительно обеспечил пользу. Была ли это точность нацеливания только на расширенный хантингтин или способность блокировать HTT1a? Будущие эксперименты должны будут более чётко разделить эти эффекты, например, сравнивая аллель-селективное снижение полноразмерного хантингтина с подходами, которые также снижают HTT1a.

Существует также практическая проблема для переноса этой стратегии на людей. Подход, использованный здесь, опирается на генетическое различие, встроенное в мышь, что означает, что аналогичные препараты, нацеленные на экзон 1 или интрон 1 у людей, вероятно, будут снижать как здоровый, так и вредоносный хантингтин. Это поднимает важный вопрос для данной области: лучше ли точно нацеливаться только на расширенный ген, но оставлять HTT1a нетронутым, или широко снижать хантингтин, если это означает воздействие на этот особенно токсичный фрагмент? Ответ на этот вопрос будет ключевым для разработки следующего поколения терапий БХ.

Резюме

• Исследователи сравнили две стратегии снижения хантингтина в мышиной модели БХ, чтобы выяснить, имеет ли значение, какие формы хантингтина снижаются, так же, как и то, насколько снижается хантингтин.
• Широкое снижение как обычного, так и расширенного хантингтина имело удивительно малый эффект на белковые скопления или нарушенную генную активность, когда укороченная форма HTT1a оставалась у мышей, моделирующих БХ.
• Более селективный подход, который нацеливался на расширенный хантингтин и блокировал производство HTT1a, уменьшил белковые агрегаты и сдвинул генную активность обратно к норме у этих мышей.
• Результаты усиливают доводы в пользу HTT1a как важной терапевтической мишени, но оставляют ключевой вопрос нерешённым: обусловлены ли преимущества селективным снижением расширенного хантингтина, устранением HTT1a или обоими факторами?