Proof-of-Concept-Studie fördert potenziellen neuen Weg zur Bereitstellung von Gentherapie

Forscher von Johns Hopkins Medicine sagen, dass sie den natürlichen Prozess einer Zelle zur Herstellung von Proteinen erfolgreich genutzt haben, um genetische Anweisungen in eine Zelle zu „schieben“ und kritische Proteine ​​zu produzieren, die diesen Zellen fehlen. Wenn weitere Studien ihre Proof-of-Concept-Ergebnisse bestätigen, verfügen die Wissenschaftler möglicherweise über eine neue Methode, um auf bestimmte Zelltypen für eine Vielzahl von Erkrankungen abzuzielen, die mit Gentherapien behandelt werden könnten. Zu diesen Störungen gehören neurodegenerative Erkrankungen, die das Gehirn betreffen, einschließlich der Alzheimer-Krankheit, Formen der Erblindung und einige Krebsarten.

Für diejenigen, die Behandlungen für Krankheiten entwickeln möchten, bei denen Zellen ein bestimmtes Protein fehlt, ist es entscheidend, genau auf die Zelle abzuzielen, die die Krankheit in jeder Struktur verursacht, wie z. B. das Gehirn, um den Proteinherstellungsprozess bestimmter Gene sicher in Gang zu bringen, sagt Seth Blackshaw. Ph.D., Professor für Neurowissenschaften am Sol Snyder Department of Neuroscience und Mitglied des Institute for Cell Engineering an der Johns Hopkins University School of Medicine. Therapien, die nicht genau auf erkrankte Zellen abzielen, können unbeabsichtigte Auswirkungen auf andere gesunde Zellen haben, fügt er hinzu.

Zwei Methoden, die derzeit verwendet werden, um proteinbildende Pakete in Zellen zu bringen, unterscheiden sich stark in ihrer Wirksamkeit sowohl in Tiermodellen als auch in Menschen. „Wir wollten ein Tool zur Bereitstellung der Genexpression entwickeln, das sowohl in vorklinischen als auch in klinischen Modellen von großem Nutzen ist“, sagt Blackshaw.

Ein aktuelles Verfahren zum Versenden von biochemischen Paketen umfasst sogenannte „Mini-Promotoren“, die die Expression (Prozess der Proteinherstellung) bestimmter DNA-Abschnitte lenken. Blackshaw sagt, dass diese Methode Gene oft nicht im richtigen Zelltyp exprimiert.

Eine andere Methode, die als Serotyp-vermittelte Genexpression bezeichnet wird, beinhaltet die Bereitstellung von Werkzeugen, die sich an Proteine ​​​​heften, die die Oberfläche bestimmter Zelltypen besetzen. Blackshaw sagt jedoch, dass solche Methoden in ihrer Fähigkeit, spezifisch nur auf einen Zelltyp abzuzielen, ein Glücksfall sind, und sie funktionieren oft nicht bei Menschen, selbst nach erfolgreichen Tests in Tiermodellen.

Die aktuelle Proof-of-Principle-Studie, beschrieben am 1. Oktober in Naturkommunikation, hat Wurzeln in früheren Forschungen des Johns Hopkins-Assistenzprofessors für Pathologie Jonathan Ling, Ph.D., der „Karten“ veröffentlichte, die darstellen, wie verschiedene Zelltypen alternatives Spleißen von Boten-RNA, einem Cousin der DNA, verwenden, um genetische Vorlagen zu konstruieren, die eine produzieren sich ständig ändernder Satz von Proteinen in der Zelle. Die Änderungen hängen vom Typ und Ort einer Zelle ab. Zellen verwenden normalerweise alternatives Spleißen, um die Arten von Proteinen zu variieren, die eine Zelle herstellen kann.

Lings Karten zeichnen die Muster auf, nach denen Zellen Introns oder fremde Abschnitte der Boten-RNA ausschneiden und nur die informativen Teile des genetischen Materials oder Exons übrig lassen, die tatsächlich Proteine ​​​​exprimieren oder herstellen.

Introns sind jedoch normalerweise sehr groß – manchmal Millionen von Basenpaaren lang und zu groß, um sie in derzeit verfügbare Genexpressionsabgabesysteme zu packen. Ling fand heraus, dass etwa 20 % der alternativen Spleißmuster Abschnitte der Intron-DNA enthielten, die klein genug waren, um sie in die Genexpressionssysteme zu packen, die Blackshaw testen wollte.

Glücklicherweise waren die alternativen Spleißmuster für ihre Zwecke sowohl in der Maus- als auch in der menschlichen DNA ähnlich und daher potenziell sowohl für die präklinische Forschung als auch für die klinische Anwendung anwendbar.

Zusammen mit dem damaligen Postdoktoranden Alexei Bygrave, jetzt Assistenzprofessor an der Tufts University, stellten Blackshaw und Ling Pakete mit alternativ gespleißter Boten-RNA her, die über ein gutartiges Virus in Zellen transportiert werden konnten. Sie nannten die Pakete SLED, für Splicing-Linked Expression Design.

Wenn das Paket in eine Zelle gleitet, öffnet es sich dort. Da das SLED-System nicht natürlicherweise in das Genom integriert ist, fügte das Forschungsteam genetische „Promotoren“ hinzu, die die Produktion von Proteinen aus dem verpackten SLED-Produkt auslösen.

Die Forscher von Johns Hopkins Medicine konstruierten SLED-Systeme für im Labor gezüchtete erregende Neuronen und Photorezeptoren und konnten in etwa der Hälfte der Zeit Proteine ​​ausschließlich in diesen Zelltypen produzieren. Gegenwärtige Mini-Promotorsysteme bringen die Proteine ​​typischerweise in etwa 5 % der Fälle an die richtige Stelle.

Das Team injizierte auch SLED-Pakete in Mäuse mit Photorezeptoren in der Netzhaut, denen ein funktionierendes PRPH2-Gen fehlt, das Retinitis pigmentosa verursacht, eine Krankheit, die die Netzhaut betrifft. Das Team fand Beweise dafür, dass die SLED-Pakete dazu beitrugen, PRPH2-Proteine ​​in den Photorezeptoren der behandelten Mäuse zu produzieren.

Bei im Labor gezüchteten menschlichen Augenmelanomen brachten die Wissenschaftler SLED-Pakete nur in Melanomzellen ein, denen das SF3B1-Gen fehlt. Das SLED-Paket setzte RNA-produzierendes Protein frei, das die Melanomzellen zum Absterben brachte.

Blackshaw sagt, dass das beste Potenzial des SLED-Systems möglicherweise in Kombination mit anderen Genabgabesystemen liegt, und sein Labor untersucht Methoden zur Miniaturisierung von Introns, um größere Introns in SLED-Systemen unterzubringen.

Blackshaw und Ling haben Patente eingereicht, die die SLED-Technologie betreffen.