Precyzyjna edycja DNA usuwa przyczynę ciężkiej padaczki dziecięcej w badaniu przedklinicznym

Naukowcy wykazali, że edycja genów może naprawić błąd DNA odpowiedzialny za zespół Dravet u myszy, prowadząc do znaczącego zmniejszenia liczby napadów padaczkowych oraz wydłużenia przeżycia. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Science Translational Medicine otwierają drogę do terapii, które mogłyby eliminować źródło choroby, a nie jedynie łagodzić jej objawy.

W artykule

• Czym jest zespół Dravet i dlaczego stanowi tak duże wyzwanie terapeutyczne
• Jak działa technologia adenine base editing (ABE)
• Wyniki badań na modelu myszy z mutacją SCN1A
• Znaczenie korekcji genetycznej dla funkcjonowania mózgu
• Możliwości wykorzystania edycji genów w innych rzadkich chorobach
• Perspektywy wdrożenia terapii do praktyki klinicznej

Zespół Dravet to rzadka, nieuleczalna i potencjalnie śmiertelna postać padaczki wieku dziecięcego. Choroba rozpoczyna się zwykle w niemowlęctwie lub we wczesnym dzieciństwie i charakteryzuje się ciężkimi, lekoopornymi napadami padaczkowymi, napadami wywoływanymi gorączką oraz znacznymi zaburzeniami rozwoju neurologicznego. Pacjenci są również narażeni na zwiększone ryzyko nagłego, nieoczekiwanego zgonu związanego z padaczką.

Obecnie dostępne metody leczenia koncentrują się przede wszystkim na kontrolowaniu objawów i wymagają przewlekłego stosowania leków lub regularnych interwencji terapeutycznych. Nowe badanie sugeruje jednak, że możliwe może być trwałe usunięcie genetycznej przyczyny choroby.

Nowa era precyzyjnej genetyki

Wyniki opublikowane w Science Translational Medicine pokazują, że jednorazowa korekcja mutacji genetycznej może przywrócić prawidłowe funkcjonowanie neuronów oraz znacząco ograniczyć liczbę napadów padaczkowych.

„Dla rodzin dotkniętych zespołem Dravet nasze badanie stanowi dowód koncepcji, że podejście oparte na korekcji genetycznej może mieć realny wpływ na przebieg choroby. Otwiera to perspektywę terapii, które nie tylko kontrolują objawy, ale rzeczywiście eliminują ich przyczynę” – powiedział Matthew Simon z The Jackson Laboratory (JAX) Rare Disease Translational Center.

Jak podkreślił badacz, medycyna genetyczna osiągnęła obecnie punkt zwrotny, w którym możliwe staje się bezpośrednie naprawianie błędów zapisanych w DNA.

Badanie zostało przeprowadzone przez zespół naukowców z The Jackson Laboratory, Broad Institute oraz Children’s Hospital of Philadelphia pod kierownictwem Cathleen „Cat” Lutz, Davida Liu oraz Ethana M. Goldberga.

Mutacja SCN1A jako przyczyna choroby

Badacze skoncentrowali się na konkretnej mutacji powodującej zespół Dravet – wariancie R613X w genie SCN1A.

Mutacja ta uniemożliwia komórkom produkcję pełnowartościowego kanału sodowego Nav1.1, który odgrywa kluczową rolę w regulacji pobudliwości neuronów. W rezultacie dochodzi do zaburzenia równowagi elektrycznej w określonych populacjach komórek nerwowych, co prowadzi do nadmiernej pobudliwości mózgu i występowania napadów padaczkowych.

Edycja pojedynczej litery DNA

Do naprawy mutacji wykorzystano technologię adenine base editing (ABE), należącą do najnowszej generacji narzędzi edycji genów.

W przeciwieństwie do klasycznych metod wykorzystujących system CRISPR-Cas9, technologia ABE nie przecina obu nici DNA. Zamiast tego umożliwia precyzyjną zmianę pojedynczej litery kodu genetycznego, co pozwala zachować integralność genomu i zmniejsza ryzyko niepożądanych zmian.

Edytor zasad został dostarczony do mózgu bardzo młodych myszy za pomocą pojedynczego wstrzyknięcia wykonanego pierwszego dnia życia lub w 12. dniu po urodzeniu.

Według Cathleen Lutz szczególne znaczenie ma fakt, że technologię zastosowano w jednej z najtrudniejszych dziedzin medycyny genetycznej – leczeniu zaburzeń neurologicznych obejmujących wyspecjalizowane neurony hamujące rozmieszczone w różnych obszarach mózgu.

Przywrócenie prawidłowej aktywności genu

U leczonych zwierząt udało się skorygować niemal 60% zmutowanych kopii DNA. Co szczególnie istotne, nawet częściowa korekcja doprowadziła do niemal całkowitego przywrócenia prawidłowej ekspresji genu.

Dzieje się tak dlatego, że komórki posiadają naturalne mechanizmy eliminujące nieprawidłowe produkty powstające z nieskorygowanych genów.

„Zaletą tego podejścia jest to, że po naprawieniu genu naturalne mechanizmy regulacyjne komórki ponownie przejmują kontrolę. Nie zarządzamy już chorobą, lecz przywracamy biologiczne procesy, które od początku powinny funkcjonować prawidłowo” – wyjaśnił Simon.

Korekcja genetyczna doprowadziła do odzyskania prawidłowej funkcji genu oraz skutecznie zapobiegała występowaniu napadów padaczkowych.

Znacząca poprawa przeżycia

Myszy leczone bezpośrednio po urodzeniu wykazywały znacząco wyższe przeżycie w porównaniu z nieleczonymi zwierzętami. Korzyści zaobserwowano również u myszy poddanych terapii w 12. dniu życia.

Ochronny efekt utrzymywał się aż do młodej dorosłości, a analiza genomu wykazała bardzo niski poziom niezamierzonych zmian DNA oraz brak istotnych działań niepożądanych w obrębie mózgu.

„Większość pacjentów nie otrzymuje diagnozy w chwili narodzin, lecz dopiero po pojawieniu się objawów. Dlatego wykazanie skuteczności interwencji przeprowadzonej później, w wieku bardziej zbliżonym do sytuacji klinicznej, ma ogromne znaczenie” – podkreślił Simon.

Badacz dodał, że dotychczas obawiano się, iż po zakończeniu kluczowych etapów rozwoju mózgu może być już za późno na skuteczną naprawę takich zaburzeń. Uzyskane wyniki sugerują jednak, że tak nie jest.

Platforma dla terapii chorób rzadkich

Naukowcy podkreślają, że opracowana technologia może znaleźć zastosowanie znacznie szerzej niż tylko w leczeniu zespołu Dravet.

W ostatnich miesiącach ten sam zespół wykazał skuteczność podobnych strategii w modelach zespołu Zellwegera – niezwykle rzadkiej choroby genetycznej prowadzącej do ciężkich zaburzeń funkcji wątroby we wczesnym dzieciństwie – oraz naprzemiennej hemiplegii dziecięcej.

Celem badaczy jest stworzenie uniwersalnej platformy terapeutycznej, w której większość elementów pozostanie niezmienna, a modyfikacji będzie wymagała jedynie cząsteczka przewodnikowa kierująca edytor do konkretnej mutacji.

„Długoterminową wizją jest stworzenie tak solidnej i elastycznej platformy, aby korekcja nowej mutacji była kwestią precyzji i szybkości, a nie rozpoczynania całego procesu od początku. Pozwoliłoby to rozszerzyć możliwości medycyny genetycznej na choroby, które obecnie można jedynie kontrolować” – powiedziała Cathleen Lutz.

Nadzieja dla pacjentów z zespołem Dravet

David Liu z Broad Institute, Howard Hughes Medical Institute oraz Harvard University podkreśla, że badanie dostarcza mocnych dowodów na możliwość trwałej korekcji przyczyny zespołu Dravet.

„Badanie daje nadzieję, że edycja zasad azotowych może stać się skutecznym sposobem trwałego usuwania genetycznej przyczyny zespołu Dravet u pacjentów. Jest również doskonałym przykładem korzyści płynących ze współpracy między laboratoriami i instytucjami, które łączą komplementarne kompetencje w celu opracowania przyszłych terapii dla wyniszczających chorób rzadkich” – powiedział Liu.

Źródło: Science Translational Medicine, In vivo adenine base editing ameliorates Dravet syndrome phenotypes in a mouse model
DOI: http://dx.doi.org/10.1126/science.aec3177