Amyotrofická laterální skleróza (ALS) je onemocnění, které postihuje pouze zlomek buněk v těle, a proto je potřeba k jeho léčbě přistupovat s velkou přesností. Vědci nyní dosáhli významného pokroku tím, že cílí na specifická místa v mRNA spojená s touto nemocí [1].
Skrytý problém
ALS je neurodegenerativní onemocnění, jehož výskyt je úzce spojen s věkem. I když může být diagnostikováno téměř v jakémkoli věku, průměrný věk nástupu je 55 let. ALS je nejen oslabující, ale může být i smrtelné, a jeho výzkum může přinést nové poznatky i pro léčbu jiných neurodegenerativních onemocnění.
Hlavním faktorem ALS je ztráta funkce proteinu TDP-43 v některých motorických neuronech. Tento protein chrání základy transkripce DNA. Když se gen přepisuje do RNA, vzniká molekula obsahující exony (části, které se po střihu zahrnou do zralé mRNA) a introny (části, které se odstraní). Introny však mohou obsahovat tzv. kryptické exony, které mohou být transkripčním aparátem omylem považovány za exony, což vede ke vzniku nefunkčního proteinu.
TDP-43 chrání buňky před kryptickými exony, a když přestane fungovat, začne v buňkách vládnout chaos. Nefunkční agregáty TDP-43 se nacházejí téměř ve všech případech ALS [2], ale také ve zhruba polovině případů frontotemporální demence (FTD) a dokonce byly spojeny i s Alzheimerovou chorobou [3].
Precizní léčba
Genová terapie je užitečná při léčbě onemocnění, která souvisejí se ztrátou funkce proteinů. Problémem u ALS ale je, že postihuje pouze malý zlomek neuronů, což znamená, že terapie musí být velmi cílená. „I když neurodegenerativní onemocnění mají zničující účinky, můžeme odhadnout, že méně než 0,00001 % buněk v těle pacienta je skutečně nemocných,“ uvedl Oscar Wilkins, hlavní autor nové studie publikované v časopise Science. Tým vědců z Francis Crick Institute a UCL Queen Square Institute of Neurology v této studii popsal novou metodu cílení terapie.
Vědci vytvořili virové vektory, které kromě terapeutického nákladu, například genu kódujícího funkční TDP-43, nesou také specifickou kryptickou exonovou sekvenci z genu AARS1. Tyto vektory jsou navrženy tak, aby umožnily transkripci nákladu pouze tehdy, když kryptická exonová sekvence není umlčena – tedy v buňkách, kde TDP-43 nefunguje správně.
Nejprve vědci použili fluorescenční protein mCherry jako náklad, aby zjistili, jak přesný jejich systém je. V buňkách s poškozeným TDP-43 došlo k výraznému zvýšení exprese mCherry i kryptických exonů. Nicméně v některých buňkách s normálním TDP-43 došlo k „úniku“ exprese, což vědci vyřešili následnými úpravami. Přidání dalších kryptických exonů vedlo k ještě větší přesnosti. Podobné výsledky byly pozorovány u myší s vyřazeným TDP-43.
Klíčem je přesnost
V dalším kroku vědci provedli dva zajímavé experimenty s různými terapeutickými náklady. V jednom z nich použili DNA-editingové nástroje a odstranili kryptická místa střihu – opět pouze v buňkách, kde TDP-43 nefungovalo správně. V druhém experimentu použili gen kódující modifikovanou verzi TDP-43, která je méně náchylná k agregaci.
„Genová terapie nabízí slibnou cestu k léčbě neurodegenerativních onemocnění, jako jsou ALS a FTD, která jsou poměrně častá, ale mají velmi málo možností léčby,“ uvedla Claire Le Pichon z Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development při NIH, která na studii spolupracovala.
TDP-43 hraje klíčovou roli v udržování zdraví buněk a jeho dysfunkce je hlavním hnacím motorem těchto onemocnění. Náprava funkce TDP-43 pouze v buňkách, které o ni přišly, je proto důležitým krokem k bezpečnější a přesnější léčbě. Úspěch terapie závisí na důkladných preklinických studiích a vědci se těší na další výzkum, který jejich závěry potvrdí a rozvine.
Aktivace genové terapie indukovaná nemocí na úrovni jednotlivých buněk může pomoci zmírnit potenciální rizika trvalé exprese genů u pacientů. Kromě toho, u jedinců s genetickými mutacemi, které způsobují ALS, může specifická aktivace léčby, jako je TDP-REG, umožnit aplikaci léčby ještě před nástupem příznaků. V preklinických fázích vývoje léků by se TDP-REG dal využít také jako nástroj ke sledování patologie TDP-43 v reálném čase, a to jak v buňkách, tak u živých organismů.
Literatura
[1] Wilkins, O. G., et al. (2024). Creation of de novo cryptic splicing for ALS and FTD precision medicine. Science.
[2] Scotter, E. L., Chen, H. J., & Shaw, C. E. (2015). TDP-43 proteinopathy and ALS: insights into disease mechanisms and therapeutic targets. Neurotherapeutics, 12(2), 352-363.
[3] McAleese, K. E., et al. (2017). TDP-43 pathology in Alzheimer’s disease, dementia with Lewy bodies and ageing. Brain pathology, 27(4), 472-479.