Edycja genów CRISPR skutecznie ograniczyła napady padaczkowe u myszy

Badacze z Universität Zürich po raz pierwszy skutecznie zastosowali terapię edycji genów u myszy z dziedziczną postacią padaczki. Korekcja mutacji w komórkach mózgu znacząco zmniejszyła częstość napadów gorączkowych oraz poprawiła przeżywalność zwierząt. Wyniki badania mogą stanowić istotny krok w kierunku terapii przyczynowych u pacjentów z genetycznie uwarunkowanymi zespołami padaczkowymi.

W artykule

• Genetyczne podłoże padaczki związanej z mutacjami SCN1A
• Mechanizm powstawania napadów w dziedzicznej postaci GEFS+
• Zastosowanie technologii Prime Editing w neuronach mózgu
• Wyniki terapii genowej w modelu myszy
• Znaczenie zachowania naturalnej regulacji genów
• Perspektywy leczenia innych chorób neurologicznych

Padaczka może mieć wiele różnych przyczyn, a część jej postaci ma podłoże genetyczne. Jedną z najczęstszych przyczyn są mutacje w genie SCN1A, który zawiera instrukcję budowy kanału sodowego w komórkach nerwowych i odgrywa kluczową rolę w przewodzeniu sygnałów nerwowych. Szczególnie dotknięte są neurony pełniące w mózgu funkcję hamującą.

Jeżeli mechanizmy hamowania nie działają prawidłowo, sieci neuronowe mogą ulec nadmiernej aktywacji, co prowadzi do występowania napadów padaczkowych.

Niektóre mutacje genu SCN1A prowadzą do rozwoju dziedzicznej postaci padaczki określanej jako GEFS+ (Genetic Epilepsy with Febrile Seizures Plus). U pacjentów napady związane z gorączką pojawiają się często już we wczesnym dzieciństwie.

Dotychczas leczenie genetycznych postaci padaczki opierało się głównie na stosowaniu leków przeciwpadaczkowych. Preparaty te mogą ograniczać liczbę napadów, jednak często wiążą się z działaniami niepożądanymi, a część pacjentów nie uzyskuje wystarczającej odpowiedzi terapeutycznej.

Korekcja mutacji bezpośrednio w mózgu myszy

Zespół badawczy kierowany przez profesorów Geralda Schwanka i Hannsa Ulricha Zeilhofra z Institute of Pharmacology and Toxicology przy Universität Zürich po raz pierwszy wykazał w modelu myszy, że możliwe jest bezpośrednie skorygowanie mutacji wywołującej chorobę w komórkach mózgu przy użyciu technologii edycji genów.

– Leczenie poprawiło komunikację między neuronami, znacząco zmniejszyło częstość gorączkowych napadów padaczkowych oraz zwiększyło przeżywalność zwierząt – powiedział Lucas Kissling, postdoktorant i współautor badania.

Prime Editing jako molekularny mechanizm naprawczy

Badacze zastosowali nowe podejście terapeutyczne. Zamiast leczenia skutków mutacji postanowili bezpośrednio naprawić błąd w sekwencji DNA.

W tym celu wykorzystano precyzyjną technologię edycji genów określaną jako Prime Editing. Metoda ta bazuje na systemie CRISPR/Cas i umożliwia celowaną korekcję pojedynczych błędów genetycznych bez konieczności całkowitego przecinania nici DNA.

– Jest to szczególnie ważne w przypadku neuronów, które praktycznie się nie dzielą i dlatego są trudnym celem dla wielu klasycznych metod terapii genowej – wyjaśniła Francesca Pietrafesa, postdoktorantka i współautorka pracy.

Znaczące ograniczenie liczby napadów

W eksperymencie wykorzystano myszy posiadające identyczną mutację genu SCN1A jak pacjenci z zespołem GEFS+. Zwierzęta rozwijały między innymi napady gorączkowe przypominające objawy obserwowane u ludzi.

Po zastosowaniu terapii Prime Editing naukowcy zaobserwowali skuteczną korekcję mutacji w większości neuronów w jednym z kluczowych obszarów mózgu. Leczenie wyraźnie poprawiło także zaburzone przewodnictwo sygnałów nerwowych.

Jednocześnie odnotowano istotny spadek częstości napadów gorączkowych.

– W grupie kontrolnej napady wystąpiły u około 80 procent zwierząt. Po zastosowaniu najbardziej skutecznej terapii Prime Editing odsetek ten spadł do około 15 procent – podkreśliła Pietrafesa.

Podstawa dla terapii przyczynowych

Szczególnie obiecującym aspektem nowej strategii jest zachowanie naturalnej regulacji aktywności genu. W przeciwieństwie do klasycznych terapii genowych, które polegają na dostarczeniu dodatkowej kopii genu, nowa metoda naprawia wadliwą sekwencję dokładnie w jej naturalnej lokalizacji w genomie.

Badacze podkreślają, że choć wyniki pochodzą obecnie z badań przedklinicznych prowadzonych na modelu myszy, uzyskane dane otwierają nowe możliwości terapeutyczne.

– Nasze wyniki tworzą nowe perspektywy nie tylko dla leczenia padaczek związanych z mutacjami genu SCN1A, ale potencjalnie również innych chorób neurologicznych wywołanych pojedynczymi mutacjami genetycznymi – podsumował Lucas Kissling.

Źródło: Universität Zürich, Erbliche Epilepsie im Mausmodell erfolgreich behandelt