Genų terapija gali veiksmingai gydyti įvairias ligas, tačiau esant kai kurioms silpnoms sąlygoms, tokioms kaip raumenų distrofija, yra didelė problema: dydis. Raumenų distrofijose disfunkciniai genai dažnai yra labai dideli, o dabartiniai pristatymo būdai negali pernešti tokių didelių genetinių apkrovų į kūną.
Nauja technologija, pavadinta „StitchR“, įveikia šią kliūtį, pateikdama dvi geno puses atskirai; Patekę į ląstelę, abu DNR segmentai generuoja pasiuntinio RNR (mRNR), kurios sklandžiai susijungia, kad atkurtų trūkstamo arba sergant neaktyvaus baltymo ekspresiją.
Paskelbta žurnale MokslasStitchR – „dygsnio RNR“ santrumpa – atkūrė didelių gydomųjų raumenų baltymų ekspresiją iki normalaus lygio dviejuose skirtinguose raumenų distrofijos gyvūnų modeliuose. StitchR leido ekspresuoti baltymą Dysferlin, kurio trūksta asmenims, sergantiems 2B/R2 tipo galūnių juostos raumenų distrofija, taip pat baltymą Dystrophin, kurio nėra pacientams, sergantiems Diušeno raumenų distrofija.
Diušeno raumenų distrofija yra dažniausia ankstyva raumenų distrofijos forma; daugelis berniukų sėdi neįgaliojo vežimėlyje būdami paauglystėje ir miršta sulaukę dvidešimties. Žmonės, sergantys galūnių juostos raumenų distrofija, jaučia pečių, klubų ir šlaunų raumenų silpnumą ir išsekimą, jiems dažnai sunku stovėti, judėti ir atlikti kasdienes užduotis.
„Genų terapija yra galinga priemonė grąžinti sveiką genų kopiją atgal į paciento ląsteles, kad būtų galima koreguoti genetines ligas, tačiau šiai informacijai pateikti naudojami vektoriai yra nedideli, o tai iki šiol neleidžia juos naudoti gydant daugybę ligų, kurias sukelia didelių genų mutacijos“, – sakė Douglasas M. Andersonas, mokslų daktaras, tyrimo vadovas ir Ročesterio universiteto medicinos mokyklos Aab širdies ir kraujagyslių tyrimų instituto medicinos docentas. Odontologija (SMD).
„Užuot pristatydami visą geną viename vektoryje, o tai neįmanoma, mes sukūrėme veiksmingą dviejų vektorių sistemą, kurioje dvi geno pusės pristatomos atskirai, bet susijungia ir atkuria didelę mRNR paveiktuose audiniuose.
Ši technologija pirmą kartą atsirado dėl prieš kelerius metus laboratorijoje atlikto netikėto stebėjimo, kad kai dvi atskiros mRNR buvo supjaustomos mažomis RNR sekomis, vadinamomis ribozimais, jos buvo sklandžiai surištos (sujungtos) ir paverstos viso ilgio baltymu. Grupė nustatė, kad kai ribozimai suskaido arba supjausto RNR, jie palieka galus, kuriuos atpažįsta natūralus atkūrimo kelias.
„Panašiai kaip tada, kai CRISPR fermentai naudojami DNR pjaustyti, CRISPR fermentai yra tik žirklės, o tai yra natūralūs ląstelės atkūrimo fermentai, kurie vėl suklijuoja DNR“, – pažymėjo Andersonas, kuris taip pat yra Ročesterio universiteto centro narys. RNR biologija.
„Manome, kad kažkas panašaus vyksta čia, bet su RNR. Ribozimai veikia kaip žirklės, o natūralūs ląstelės atstatymo keliai gali vėl sujungti dvi RNR. Stebėtina, kad dvi atskiros mRNR gali atsidurti ir kad procesas gali būti toks efektyvus“.
Laboratorija optimizavo proceso efektyvumą (daugiau nei 900 kartų, palyginti su pradiniais eksperimentais) ir pritaikė technologiją į galingą genų pristatymo mechanizmą.
Kai dvi didelio terapinio geno pusės yra koduojamos į adeno-associated virus (AAV) vektorius, kurie yra dažniausiai naudojami vektoriai genų terapijai, nes yra saugūs ir nesukelia žmonių ligų, ribozimai nupjauna viruso galus. mRNR ir vėliau jos susijungia, sudarydamos vieną vientisą mRNR, galinčią gaminti baltymą norimame audinyje.
Tyrimo grupė, įskaitant pirmąjį autorių Seaną Lindley, kuris neseniai gavo daktaro laipsnį. iš Andersono laboratorijos nustatė, kad susiūtos mRNR iš esmės elgiasi taip pat, kaip ir natūralūs viso ilgio atitikmenys, efektyviai paverčiant genetinę informaciją į funkcinius baltymus.
Savaime skaidantys ribozimai, kurie yra būtini StitchR veiklai, natūraliai randami visoje gyvūnų karalystėje ir susideda iš skirtingų šeimų, kurios pasižymi skirtingu skilimo aktyvumu. Išbandę daugybę ribozimų šeimų ir sekų, jie galiausiai nustatė formulę, kuri lėmė aukštą baltymų gamybos lygį ir priartėjo prie lygių, pasiekiamų genų, išreikštų tik iš vieno vektoriaus.
„Dougas yra itin kūrybingas ir orientuotas į detales, o tai, kad jis išsiaiškino, kaip dvi skirtingos iRNR dalys gali rasti viena kitą ląstelėje ir būti sklandžiai sujungtos, kad būtų sukurta funkcinė mRNR, yra tikrai jaudinantis“, – sakė daktarė Lynne E. Maquat. .D., UR RNR biologijos centro direktorius.
„Koncepcija skamba paprastai, tačiau tam reikėjo daug dirbti, kad būtų optimizuotos dalyvaujančios molekulės, užtikrintas jų stabilumas ląstelėse ir procesas būtų kuo veiksmingesnis.
Pasak Andersono, StitchR gali būti susietas su daugybe skirtingų vektorių tipų, kurie naudojami genui pristatyti arba ekspresuoti ląstelėse, ir atrodo, kad jis efektyviai veikia su bet kokia mRNR seka, atverdamas duris jo naudojimui įvairiose ligose ir srityse. .
„Šiuo metu „StitchR” tikrai yra „plug and play”. StitchR sekos reikalavimai yra minimalūs, todėl dabar išbandėme tai su daugybe skirtingų genų ir sekų”, – sakė jis.
Kitas šios technologijos bruožas yra tai, kad gaminamas tik viso ilgio baltymas.
„Kiti dviejų vektorių metodai buvo kuriami dešimtmečius, tačiau juos vargina efektyvumo trūkumas ir mažesnių nei viso ilgio gaminių gamyba. Kadangi StitchR atsiranda RNR lygyje, galime kontroliuoti ir užtikrinti, kad tik viso ilgio Tai išskiria StitchR nuo kitų dvigubų vektorių technologijų, pavyzdžiui, inteinų, baltymų ligavimo technologijos, kuri gali būti efektyvi, bet reikalauja mažesnių baltymų fragmentų, kurie gali būti išreikšti. turi nežinomą poveikį ląstelėje“, – pridūrė Andersonas.
„Praėjo ilgas, bet pilnavertis procesas nuo pradinio tyrimo stebėjimo iki terapinio pritaikymo, tačiau tai visada buvo pagrindinis mūsų laboratorijos tikslas ir, manau, yra pagrindinių tyrimų pažadas. Naudodami StitchR ir kitus įrankius stengiamės gydyti dėl kai kurių labiausiai sekinančių genetinių ligų planetoje, kurių daugelis neturi dabartinio gydymo ar išgydymo“, – sakė Andersonas.
Laboratorija šiuo metu bendradarbiauja su kitomis tyrimų laboratorijomis ir kuria StitchR vektorius, skirtus gydyti daugybę ligų, kurias sukelia dideli genai, kurių yra tūkstančiai.