Ученые внесли исправления в ген собак с целью коррекции общей формы дистрофии мышц.
Мышечная дистрофия Дюшенна – наиболее распространенное генетическое заболевание среди различных патологий мышечной системы. Причина заболевания в поломке гена дистрофина (мутации DMD-гена), локализованном на X-хромосоме (одной из двух хромосом, определяющих пол человека).
Мышечная дистрофия Дюшенна - это заболевание с угрозой для жизни, обусловленная истощением мышечной ткани.
Заболевание встречается преимущественно у представителей мужского пола и характеризуется прогрессирующей слабостью проксимальных мышц, вызванной дегенерацией мышечных волокон. Болезнь поражает приблизительно одного из 3500 мальчиков и обуславливает слабость мышц уже в раннем детстве.
К периоду подросткового возраста мальчики с болезнью Дюшенна уже ограничены в движении и вынуждены передвигаться с помощью инвалидных колясок, что обычно приводит к ранней смерти от сердечного приступа или дыхательной асфиксии.
Для дистрофии Дюшенна не существует никакого специфического лечения.
Но генетическое решение, опробованное на собаках, возможно даст таким больным новую надежду на выздоровление.
Болезнь вызывается генными мутациям. При дистрофии Дюшенна эти мутации приводит к тяжелому дефициту дистрофена, белка мембраны мышечных клеток, помогающий мышцам отражать удар и защищает их от деградации.
В недавнем исследовании ученые применили технологию коррекции дистрофии мышц на основе системы CRISPR/Cas9( кластерные короткие полиндромные повторы, разделенные регулярными промежутками), чтобы поднять уровень белка в мышцах четырех собаках, страдающих болезнью Дюшенна. Возможный успех ускорит клинические испытания подобного лечения и людей.
Команда исследователей, из Юго-Западного Медицинского Центра Университета штата Техас, работала с молодыми гончими, выведенных таким образом, чтобы у них развилась болезнь Дюшенна.
Ученые хирургическим путем изменяли клетки мышц собак с целью удалить главный барьер повышенной выработки протеина - короткий проблемный сегмент протеин-кодирующей ДНК, которая встречается как у собак, так и у людей с подобным заболеванием.
В течение около двух месяцев собаки показывали повышенную выработку дистрофена; уровень дистрофена в скелетной мускулатуре варьировался до 90 процентов от нормальных показателей, в зависимости от типа мускула и используемой дозировки. (Некоторые собаки вырабатывали дистрофен в значительно меньшем объеме.) В сердечной мышце, наиболее важной мышце в лечении, уровень дистрофена поднимался высоко, до 92% в сравнении с нормой.
Исследователи Университета штата Техас, опубликовали результаты эксперимента в августе в научном издании «Сайенс» (Наука)и сообщили, что не обнаружили никаких непредусмотренных изменений по отношению к другим зонам генома- как известно это главное беспокойство ученых, работающих с технологиями в области генной инженерии — и не было никаких признаков того, что применяемая технология приводила к ухудшению состояния больных собак.
Для того , чтобы закрепить успех применяемой технологии на мышцах собак, ведущий автор исследования Эрик Олсон, молекулярный биолог Юго-западного университета штата Техас, и его коллеги изобрели вирусы, которые действовали ли бы как транспорт доставки данной технологии и которые отделяли ли бы некоторые из вирусов собственной ДНК, высвобождая место генно-инженерной механике.
Затем некоторое количество вирусов было нагружено ферментом Cas9, который сработал как молекулярные «ножницы».
Эта метод был применен для удаления ряда звеньев ДНК, которые препятствуют выработке дистрофена в клетках мышц. Другие вирусы транспортировали молекулу – навигатор для помощи ферменту Cas9 определиться, где необходимо сделать требуемые отсечения.
Еще раньше команда Олсона продемонстрировала, как система CRISPR могла бы быть применена для лечения болезни Дюшенна, поражавшей клетки грызунов и человека, в лабораторных условиях.
Новая работа стала показателем первого успеха в лечении крупных млекопитающих. Чтобы закрепить успех работы, команда сосредоточилась только на замере восстановлении уровня белка. Но при этом не изучалось, как подобная процедура, возможно, могла бы изменить поведение собак или их повседневную жизнь.
Точно так же остается невыясненным, как долго одна инъекция с генно-инженерным механизмом системы CRISPR могла бы работать у человека с болезнью Дюшенна.
Олсон и его коллеги надеются, что действие инъекции могло бы быть достаточно продолжительной только лишь от единственной дозы, но команде необходимо получить дополнительные результаты, чтобы ясно представлять картину вмешательства и получить более точную идею для работы.
«В случае, если пациентам потребуется продолжительное лечение в течение более длительного периода, то они не смогли бы быть в состоянии использовать то же самое вирусное транспортное средство»,- говорит Элизабет Макнолли, генетик и кардиолог, которая руководит Центром Генетической Медицины в Северо-западном Университете.
«Организм может выработать нейтрализующие антитела, а потому остается много вопросов о средстве транспортировки,»- говорит Макнолли, которая является также научном консультантом совета в частной бизнесе Олсона, пытающегося коммерциализировать эту технологию лечения болезни Дюшенна, но сама она не имела отношение к этим исследованиям.
В настоящее время на американский потребительский рынок поступает одобренное Министерством Здравоохранения США средство монотерапии лечения болезни Дюшенна. Этот препарат, который можно вводить в мышцу, создан Сарепта Терапи (Sarepta Therapeutics), но вводить его требуется постоянно для поднятия уровня дистрофена не менее, чем на 1%.
Этот подход, который уже показал клинический успех, отличается от метода Олсона, при котором происходит воздействие на РНК (молекулы, в которую ДНК в конечном счете транскрибирована), но оставляет аномальную цепочку ДНК без изменений.
Исследователь болезни Дюшенна Эми Уоджерс (Amy Wagers), профессор биологии стволовой клетки и регенеративной медицины Гарвардского Университета, который не имела отношения к разработке каждой из терапий, говорит, что эти два подхода можно было бы потенциально использовать в сочетании для повышения уровня дистрофена. «Я думаю, этот новый опыт, проведенный сначала на мышах и опробованный затем на более крупных млекопитающих, впечатляет», - говорит она и добавляет: «Авторы очень ответственно заявляют, что этот опыт является предварительным исследованием, проведенном на небольшом количестве животных и короткого последующего периода лечения.”
Как одобренная технология Сарепта Терапи (Sarepta Therapeutics) так и экспериментальная методика Олсона преследуют одну цель - помочь множеству пациентов с болезнью Дюшенна: пациентам со специфической дистрофенной генной мутацией, которая охватывает приблизительно 13 процентов из тех, кто болеет этим заболеванием. В США, по меньшей мере, наблюдается 1 000 таких случаев.
«Нам необходимо долгосрочное, безопасное и эффективное исследование на собаках», - говорит Олсон. «Пройдет не один год, когда мы будем готовы проверить наш метод на людях, (если работы не будут приостановлены)».
фото Авторское право : Przemyslaw Koch
источник Журнал Саентифик Американ №11 2018 архив новостей
Автор: Дина Файн Мэрон
Перевод: Энигма Л.Н.
