Nadzieja dla zespołu Retta: nowe badania wskazują potencjalną ścieżkę terapeutyczną dla rzadkiego zaburzenia bez skutecznego leczenia
Zespół badaczy z Texas Children’s Duncan Neurological Research Institute (NRI) oraz Baylor College of Medicine opisuje w czasopiśmie Science Translational Medicine potencjalne nowe podejście terapeutyczne w leczeniu zespołu Retta. Wyniki badań dają wstępną nadzieję na opracowanie terapii dla rzadkiego zaburzenia neurorozwojowego, które obecnie pozostaje chorobą nieuleczalną.
„Zespół Retta jest rzadką genetyczną chorobą neurorozwojową, która powoduje regres rozwojowy, zazwyczaj po okresie 6–18 miesięcy prawidłowego rozwoju. Prowadzi to do ciężkich zaburzeń motorycznych, trudności w mowie oraz komunikacji” – wyjaśnia autorka korespondencyjna badania dr Huda Zoghbi, dyrektor Duncan NRI, Distinguished Service Professor w Baylor College of Medicine oraz badaczka Howard Hughes Medical Institute.
Zaburzenie to dotyczy przede wszystkim dziewczynek i występuje z częstością około 1 na 10 000 żywych urodzeń.
Rola genu MECP2 w patogenezie zespołu Retta
Zespół Retta jest spowodowany mutacjami typu loss-of-function w genie MECP2, który odgrywa kluczową rolę w prawidłowym funkcjonowaniu mózgu. Białko MeCP2 reguluje ekspresję licznych genów zaangażowanych w funkcje neurologiczne.
Mutacje w MECP2 prowadzą do:
- całkowitej utraty białka MeCP2,
- powstawania nieprawidłowego białka o ograniczonej funkcjonalności.
W wielu przypadkach zmutowane białko MeCP2 występuje w mniejszej ilości lub wykazuje osłabioną zdolność wiązania DNA, co jest jedną z jego podstawowych funkcji biologicznych.
Modele zwierzęce zespołu Retta wykazały, że zaburzenie to może być potencjalnie odwracalne. Wprowadzenie prawidłowego białka MeCP2 do mózgu myszy z objawami choroby prowadziło do cofania się objawów.
Co istotne, wcześniejsze badania pokazały również, że zwiększenie poziomu zmutowanego białka MeCP2, które zachowuje częściową funkcję, może poprawić stan zwierząt – w tym przeżywalność, koordynację ruchową oraz zaburzenia oddychania.
„To bardzo ważne, ponieważ około 65% pacjentów z zespołem Retta posiada częściowo funkcjonalne białko MeCP2, które albo słabiej wiąże DNA, albo występuje w mniejszej ilości niż prawidłowo” – wyjaśnia Harini Tirumala, pierwsza autorka pracy i doktorantka w dziedzinie genetyki molekularnej i genetyki człowieka w laboratorium Zoghbi.
Badania prowadzone na modelach mysich oraz komórkach pochodzących od pacjentów dostarczyły dowodu koncepcji, że zwiększenie poziomu zmutowanego MeCP2 może przynieść korzyści terapeutyczne.
Nowe spojrzenie na funkcję genu MECP2
Opracowanie terapii regulującej ilość białka MeCP2 jest trudne, ponieważ zarówno jego niedobór, jak i nadmiar są patologiczne.
Zbyt mała ilość MeCP2 powoduje zespół Retta, natomiast nadmiar prowadzi do innej choroby neurologicznej – MECP2 Duplication Syndrome. Zachowanie właściwej równowagi poziomu tego białka stanowi więc duże wyzwanie terapeutyczne.
Badacze wiedzieli jednak z wcześniejszych badań, że mózg produkuje dwie nieco różniące się wersje białka MeCP2 – E1 i E2.
„Obie wersje powstają z tego samego genu, ale są tworzone w wyniku nieco odmiennego procesu jego przetwarzania” – wyjaśnia Zoghbi.
Można to porównać do przepisu kulinarnego. Gen MECP2 zawiera cztery „składniki”: e1, e2, e3 i e4.
- białko MeCP2-E1 powstaje z elementów e1, e3 i e4
- białko MeCP2-E2 powstaje z elementów e1, e2, e3 i e4
Element e2 jest więc unikalny dla wariantu E2.
Choć mózg wytwarza obie formy białka, wariant E1 jest zdecydowanie dominujący.
Co szczególnie interesujące, u pacjentów z zespołem Retta nie obserwuje się mutacji w wariancie E2.
„Jedynie mutacje zaburzające białko E1 powodują chorobę” – podkreśla Tirumala. „Potwierdzają to również badania na modelach mysich”.
Strategia zwiększania produkcji MeCP2
Na podstawie tych obserwacji naukowcy sformułowali nową hipotezę terapeutyczną.
Jeżeli komórki mózgowe zostaną „nakierowane” na pomijanie elementu e2, powinny produkować większą ilość wariantu MeCP2-E1, który jest funkcjonalnie kluczowy dla mózgu.
Hipotezę tę przetestowano zarówno w modelach mysich, jak i w komórkach pochodzących od pacjentów z zespołem Retta.
W pierwszym etapie badacze genetycznie usunęli element e2 z genu Mecp2 u myszy.
„Z satysfakcją stwierdziliśmy, że taka manipulacja zwiększyła poziom białka MeCP2 u zdrowych myszy o 50–60%” – relacjonuje Tirumala.
Odzyskiwanie funkcji komórek pacjentów
Następnie tę samą strategię zastosowano w komórkach wyprowadzonych od pacjentów z zespołem Retta, które posiadały mutacje powodujące zmniejszoną ilość lub aktywność białka MeCP2.
Po usunięciu elementu e2 z zmutowanego genu MECP2 zaobserwowano znaczący wzrost produkcji białka.
„Byliśmy podekscytowani widząc, że delecja e2 zwiększa poziom MeCP2” – mówi Tirumala.
Co szczególnie istotne, w zależności od rodzaju mutacji komórki:
- odzyskiwały częściowo lub całkowicie prawidłową strukturę,
- wykazywały prawidłową aktywność elektryczną,
- odzyskiwały zdolność regulacji ekspresji innych genów.
Perspektywa terapii molekularnej
W kolejnym etapie naukowcy sprawdzili, czy możliwe jest farmakologiczne wykorzystanie tej strategii.
Zastosowano morfeliny (morpholinos) – syntetyczne cząsteczki zaprojektowane tak, aby blokować dostęp do elementu e2 i tym samym hamować powstawanie wariantu MeCP2-E2.
W badaniach na myszach wykazano, że morfeliny znacząco zwiększały poziom białka MeCP2.
„Nasza praca stanowi podstawę i dostarcza przedklinicznych dowodów dla strategii terapeutycznej w zespole Retta polegającej na zwiększaniu poziomu MeCP2 i poprawie funkcji komórkowych” – podsumowuje Zoghbi.
Choć same morfeliny nie nadają się do zastosowania klinicznego ze względu na toksyczność, podobne strategie – takie jak terapie oparte na oligonukleotydach antysensownych (antisense oligonucleotides) – są już wykorzystywane w leczeniu innych chorób neurologicznych i mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie również w zespole Retta.
Źródło: Science Translational Medicine, Modulating alternative splicing of MECP2 is a potential therapeutic strategy for Rett syndrome
DOI: http://dx.doi.org/10.1126/scitranslmed.adq4529
