Многие когнитивные нарушения развития нервной системы являются результатом слишком большого или слишком малого количества копий определенных генов или хромосом. На сегодняшний день не существует вариантов лечения этого класса расстройств. Синдром дупликации MECP2 (МДС) – одно из таких заболеваний, которое в первую очередь поражает мальчиков и возникает в результате дупликации, охватывающей локус метил-CpG-связывающего белка 2 (MECP2), расположенный на X-хромосоме.
Доклиническое исследование, опубликованное лабораторией доктора. Худа Зогби, профессор Медицинского колледжа Бейлора и директор Института неврологических исследований Яна и Дэна Дунканов в Техасской детской больнице, представляет экспериментальные данные, подтверждающие использование антисмысловых олигонуклеотидов в качестве возможной стратегии лечения МДС. Исследование также предлагает важную информацию о фармакодинамике этого подхода, которая послужит важным руководством для разработки и проведения будущих клинических испытаний этого расстройства. Исследование опубликовано в журнале Science Translational Medicine.
Ген MECP2 кодирует белок MeCP2, который является клеточным маэстро, который управляет экспрессией тысяч других генов в головном мозге. Исследования показывают, что дозировка и экспрессия этого гена в нейронах должны строго регулироваться и поддерживаться на оптимальном уровне. Снижение уровня этого белка приводит к синдрому Ретта, детскому неврологическому расстройству, в первую очередь поражающему девочек, характеризующемуся снижением когнитивных функций, неспособностью выполнять двигательные функции, особенно руками, поведением, похожим на аутизм, и судорогами. С другой стороны, избыточный уровень этого белка из-за дупликации MECP2 вызывает синдром, в первую очередь поражающий мальчиков, называемый МДС, который характеризуется низким мышечным тонусом и нарушением двигательных способностей, когнитивной инвалидностью, эпилепсией, аутичным поведением, респираторными инфекциями и преждевременной смертью.
"«Златовласка» этого белка представляет собой огромную проблему при разработке потенциальных методов лечения расстройств MECP2. Эффективная стратегия лечения МДС должна гарантировать, что снижение уровня белка MeCP2 будет достаточно значительным, чтобы вызвать дозозависимое обращение связанных симптомов, но не снизить уровни MeCP2 до такой степени, чтобы это привело к появлению симптомов Ретта," сказал Зогби, который также является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза.
Антисмысловые олигонуклеотиды как потенциальная терапевтическая стратегия при МДС
Антисмысловые олигонуклеотиды (ASO) представляют собой небольшие нуклеотиды, которые избирательно связывают и подавляют экспрессию мРНК конкретного гена и были признаны привлекательной потенциальной стратегией для лечения МДС. В качестве терапевтической стратегии ASO предлагают несколько преимуществ, таких как ограниченная токсичность и высокая специфичность по отношению к целевому гену, что, в свою очередь, означает меньшее количество побочных эффектов. Более того, они успешно использовались на животных моделях нескольких неврологических расстройств для устранения симптомов и оказались безопасными для людей, в том числе детей, в недавних клинических испытаниях некоторых нейродегенеративных заболеваний.
Предыдущие эксперименты в лаборатории Зогби показали, что лечение мышей с помощью ASO, созданного с использованием дополнительной копии человеческого MECP2, успешно снижает уровни MeCP2 и обращает вспять связанные симптомы. Однако важно отметить, что в этих экспериментах грызуны также несли нормальную копию мышиного гена Mecp2, который не распознается или не подавляется MECP2-ASO, специально разработанным для нацеливания только на человеческий ген MECP2.
У пациентов с МДС, поскольку MECP2-ASO может нацеливаться и заглушать обе копии гена MECP2, существует вероятность того, что лечение ASO может значительно снизить дозировку гена до уровня ниже его физиологического уровня и тем самым подвергнуть человека повышенному риску развития Ретта. симптомы.
"Этот сценарий похож на дилемму, с которой врачи сталкиваются с диабетом или пациентами с высоким кровяным давлением, когда доза инсулина или лекарства от кровяного давления должны быть точно отрегулированы, чтобы уровень глюкозы в крови или кровяное давление пациента не падали слишком сильно в любой момент времени," Зогби сказал.
Поэтому, прежде чем приступить к клиническим исследованиям для оценки потенциала MECP2-ASO, исследователи провели это доклиническое исследование, чтобы проверить, можно ли надежно титровать дозировку SO для регулирования MeCP2. Цель исследования состояла в том, чтобы проверить, можно ли точно контролировать уровни MeCP2 таким образом, чтобы они были достаточно низкими, чтобы обратить вспять симптомы МДС, но оставить после себя достаточные уровни белка MeCP2 в головном мозге для беспрепятственного продолжения важнейших функций.
ASO обращают вспять большинство симптомов МДС в «гуманизированных» моделях мышей
Чтобы проверить это, команда создала новую «гуманизированную» мышиную модель MDS, которая близко имитировала состояние человека с двумя копиями человеческого MECP2 и без мышиной версии MECP2. Эти мыши воспроизводили многие из характеристик уже установленных моделей мышей МДС и МДС у пациентов-людей.
Затем мышам вводили одну большую дозу ASO в боковой желудочек мозга, что аналогично предпочтительному методу доставки лекарств в клинических условиях, который включает инъекцию в позвоночник посредством процедуры, имитирующей спинномозговую пункцию. ASO были широко распространены в различных областях мозга и были эффективны в снижении уровня белка MeCP2.
Затем, чтобы понять динамику и последовательность молекулярных изменений, которые происходят в мозге после лечения ASO, они провели исследование дозозависимой реакции. Они обнаружили, что в течение недели после введения ASO уровни мРНК MECP2 были снижены на 50%, в то время как для снижения уровня белка MeCP2 потребовалось две недели и примерно пять недель после введения ASO, чтобы наблюдать изменение экспрессии нескольких генов, которые являются регулируется белком MeCP2. Интересно, что к десяти неделям лечения ASO у мышей наблюдалось значительное улучшение некоторых поведенческих симптомов, таких как нарушение двигательной активности и обучаемости, которые распространены среди пациентов с МДС.
"Результаты этого исследования действительно впечатляют, потому что они не только доказывают обратимость некоторых симптомов МДС у взрослых мышей, но также демонстрируют, что можно титровать и контролировать дозу АСО для безопасной нормализации уровней MeCP2 без их снижения. ниже нормального диапазона, чтобы не вызывать симптомов, подобных Ретту. Кроме того, теперь мы определили временную последовательность молекулярных событий и определили несколько молекулярных маркеров, которые претерпевают изменения за несколько недель до появления клинических симптомов, что дает нам инструмент, а также окно в несколько недель для обеспечения точного дозирования ASO," сказал доктор. Йехезкель Штайнберг, один из ведущих авторов исследования и в настоящее время ученый в Regeneron Pharmaceuticals.
"Я вижу очень четкий путь от этих доказательных результатов к будущим клиническим испытаниям, которые проверят безопасность и эффективность MECP2-ASO у детей с МДС. Более того, наше исследование предполагает, что антисмысловая стратегия потенциально может быть использована для лечения других нарушений развития у детей, вызванных генетическими дупликациями," Зогби заключил.