Νέους τρόπους για την αντιμετώπιση σοβαρών σπάνιων παθήσεων προσπαθούν να ανακαλύψουν οι επιστήμονες μέσω της κατανόησης του γενετικού μας κώδικα και των μεταλλάξεων αυτού.
Της Ανθής Αγγελοπούλου
Νέους τρόπους για την αντιμετώπιση σοβαρών σπάνιων παθήσεων προσπαθούν να ανακαλύψουν οι επιστήμονες μέσω της κατανόησης του γενετικού μας κώδικα και των μεταλλάξεων αυτού.
Οι αλλοιώσεις μεταλλάξεων είναι σφάλματα ενός γράμματος στον γενετικό κώδικα που σταματά πρόωρα την παραγωγή κρίσιμων πρωτεϊνών. Αυτές οι ημιτελείς πρωτεΐνες δεν είναι σε θέση να λειτουργήσουν κανονικά και οι παραλλάξεις μεταλλάξεων προκαλούν το 10-15% όλων των κληρονομικών γενετικών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένης της μυϊκής δυστροφίας Duchenne, της μυϊκής ατροφίας του νωτιαίου μυελού, της κυστικής ίνωσης και της πολυκυστικής νεφρικής νόσου.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες αυτή τη στιγμή δεν υπάρχει καμία αποτελεσματική θεραπεία για αυτές, τις συχνά καταστροφικές συνθήκες νόσους, οι οποίες είναι σπάνιες μεμονωμένα, αλλά συλλογικά εκτιμάται ότι επηρεάζουν έως και 30 εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως.
Μια νέα μελέτη, με επικεφαλής τον Christopher Ahern, PhD, από το Πανεπιστήμιο της Iowa Carver College of Medicine, τα ευρήματα της οποίας δημοσιεύτηκαν στις 18 Φεβρουαρίου στο Nature Communications, αποκαλύπτει μια καινοτόμο προσέγγιση και μια ισχυρή τεχνολογική πλατφόρμα για την καταστολή των μεταλλάξεων αυτών, χρησιμοποιώντας μετασχηματισμένα μόρια μεταφοράς RNA (tRNA).
Η έρευνα του Ahern και των συναδέλφων του από το UI καθώς και των συνεργατών του στο Ινστιτούτο Wistar της Φιλαδέλφειας, στο εργαστήριο Therapeutic Cystic Fibrosis Therapeutics Lab στο Lexington της Μασαχουσέτης και στην Integrated DNA Technologies Inc. στο Coralville, Iowa, διαπίστωσε ότι τα τροποποιημένα tRNAs μπορούν να επιδιορθώσουν αποτελεσματικά και με ακρίβεια κάποιες μεταλλάξεις με οποιοδήποτε αμινοξύ.
Όπως λέει ο Ahern, καθηγητής μοριακής φυσιολογίας και βιοφυσικής του Ινστιτούτου Νευροεπιστημών της Αϊόβα, οι παραλλαγές σε μεταλλάξεις προκαλούν ένα ευρύ φάσμα σοβαρών, απειλητικών για τη ζωή ασθενειών και υπάρχει μια σημαντική ανεκπλήρωτη ιατρική ανάγκη για την αποτελεσματική επιδιόρθωση αυτών, σε άτομα που έχουν κληρονομικές γενετικές αλλοιώσεις. Όπως λέει, η μοναδική προσέγγιση γονιδιακής θεραπείας εκμεταλλεύεται την ενσωματωμένη πιστότητα της διαδικασίας μετάφρασης, αλλά επανασχεδιάζει tRNAs για να μετατρέψει τα σημάδια που προκαλούν ασθένεια πίσω στο σωστό αμινοξύ.
Βασικά, η τεχνολογία tRNA που κατασκευάστηκε με αντιοξειδωτικά μετατρέπει τις στάσεις σε gos και ελπίζουμε ότι μια μέρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διορθώσει ελαττωματικές γενετικές αλληλουχίες στους ανθρώπους.
Η διαδικασία μετατροπής του γενετικού κώδικα σε πρωτεΐνη ονομάζεται μετάφραση. Τα RNA μεταφοράς (tRNAs) ταιριάζουν με τον κώδικα σχεδιαγράμματος του αγγελιαφόρου RNA και παρέχουν το σωστό αμινοξύ στη σωστή σειρά για την κατασκευή της πρωτεΐνης. Οι ακολουθίες κώδικα του αγγελιαφόρου RNA, που υπαγορεύουν τη σειρά των αμινοξέων, ονομάζονται κωδικόνια. Η ακολουθία που ταιριάζει στα tRNAs ονομάζονται αντικωδόνια.
Στο τέλος κάθε αλληλουχίας κωδικοποίησης πρωτεΐνης υπάρχει ένα γενετικό σήμα διακοπής - ένα κωδικόνιο διακοπής - το οποίο λέει στον μηχανισμό παραγωγής πρωτεϊνών να σταματήσει. Οι ανωμαλίες μεταλλάξεων συμβαίνουν όταν ένα σφάλμα στη γενετική αλληλουχία μετατρέπει ένα κωδικόνιο αμινοξέος στη μέση της πρωτεΐνης σε ένα κωδικόνιο λήξης.
Ο Ahern και η ομάδα του, συμπεριλαμβανομένου του συντάκτη της μελέτης John Lueck, που τώρα είναι στο Πανεπιστήμιο του Rochester, εξέτασαν συστηματικά τα κατασκευασμένα μόρια tRNA για την ικανότητά τους να επισκευάσουν πρόωρα κωδικόνια σταματήματος με καθένα από τα 20 φυσικά αμινοξέα. Η οθόνη υψηλής απόδοσης ταυτοποίησε αποτελεσματικά πολλαπλά ισχυρά επεξεργασμένα tRNAs για κάθε τύπο αμινοξέων και κωδικόνιο τερματισμού.
Για να αποδειχθεί ότι η προσέγγιση θα μπορούσε να λειτουργήσει σε πιο σύνθετα και φυσιολογικώς συναφή συστήματα, τα μέλη του εργαστηρίου Ahern μαζί με συνεργάτες του εργαστηρίου του Ιδρύματος Cystic Fibrosis Therapeutics (CFFT) και του εργαστηρίου του David Weiner στο Ινστιτούτο Wistar έδειξαν ότι τα μηχανικά tRNAs όταν κωδικοποιούνται και συνταγοποιούνται για αποτελεσματική απελευθέρωση, εκφράζονται σε υψηλά επίπεδα και είναι αποτελεσματικά στη διόρθωση μεταλλάξεων στον μυϊκό ιστό του ποντικού. Είναι ενδιαφέρον ότι η δραστηριότητα tRNA συνέχισε για εβδομάδες, υποδεικνύοντας ότι αυτή η προσέγγιση βιώσιμης γονιδιακής θεραπείας μπορεί να έχει πιθανότητες να χρησιμοποιηθεί κάποια στιγμή και στην κλινική πράξη.
Είναι σημαντικό ότι η ομάδα στο εργαστήριο CFFT υπό τον William Skach, MD, έδειξε ότι τα tRNAs ήταν εκλεκτικά στη δραστηριότητά τους και δεν επηρέασαν τα κανονικά κωδικόνια τερματισμού που σηματοδοτούν το πραγματικό τέλος της πρωτεϊνικής αλληλουχίας.
Αλλά και στο UI, ο Ahern, με τους μεταδιδακτορικούς υποτρόφους Lueck και Danny Infield, PhD, και τον καθηγητή παιδιατρικής και κυστικής ίνωσης Paul MCCray, MD, έδειξε ότι η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να διορθώσει μια μεταλλαγμένη και να παράγει με ακρίβεια μια λειτουργική πρωτεΐνη CFTR.
Όπως επεσήμανε ο Ahern αυτό που έχει σημασία σε αυτή τη μελέτη είναι ότι πολλά διαφορετικά εργαστήρια με διαφορετική τεχνογνωσία επαληθεύουν την τεχνογνωσία για το tRNA σε διάφορα περιβάλλοντα.
Αν και είναι ενθουσιασμένος με τις δυνατότητες του tRNA στην αντιμετώπιση ασθενειών που προκαλούνται από αλλοιωμένες μεταλλάξεις, ο Ahern σημειώνει ότι υπάρχουν πολλά επιστημονικά ερωτήματα και τεχνικά εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν για να διαπιστωθεί εάν η προσέγγιση αυτή μπορεί να μεταφραστεί σε θεραπείες για τον άνθρωπο.
Πηγές:
https://uihc.org/
https://www.news-medical.net/news/20190219/Unique-gene-therapy-approach-paves-new-way-to-tackle-rare-inherited-diseases.aspx - Alina Shrourou