Мышечная атрофия: мутации можно исправить с помощью генных ножниц
Атрофия мышц может иметь различные причины. Пострадавшим труднее выполнять движения плавно или, в худшем случае, не выполнять их вообще. Заболеванию часто предшествует мышечная слабость. В настоящее время исследователи сообщают о новом лечении с помощью мРНК.
Как сообщает Центр молекулярной медицины имени Макса Дельбрюка при Ассоциации Гельмгольца (MDC) в недавнем пресс-релизе, мутации, приводящие к мышечной атрофии, можно исправить с помощью генных ножниц CRISPR/Cas9. Исследовательская группа впервые внедрила инструмент с мРНК в стволовые клетки мышц человека. Таким образом, был найден метод, который можно использовать в терапевтических целях.
Болезнь может быть смертельной
Это всего лишь крошечное изменение в геноме, но оно имеет фатальные последствия: мышечные дистрофии почти всегда вызываются одним неисправным геном. Какими бы разными ни были мутации в пятидесяти или около того известных формах этих заболеваний, все они в конечном итоге приводят к очень похожему результату.
«Из-за генетической ошибки структура и функция мышц изменяются, так что пациенты страдают от прогрессирующей мышечной атрофии», - объясняет профессор Симона Койлер, руководитель рабочей группы по миологии в Экспериментальном и Центр клинических исследований (ECRC), совместное учреждение MDC и Charité - Universitätsmedizin Berlin.
Если, например, поражены дыхательные или сердечные мышцы, болезнь может привести к летальному исходу.
Пока не лечится
Мышечные дистрофии пока неизлечимы. Это именно то, что Койлер и ее команда пытаются изменить. Их последняя публикация, опубликованная в журнале Molecular Therapy Nucleic Acids, прокладывает путь к исследованию, в котором терапия, разработанная в ECRC, будет впервые испытана на пациентах с наследственной мышечной атрофией.
В течение многих лет мы преследовали идею взять мышечные стволовые клетки у больных людей, восстановить модифицированные гены с помощью генных ножниц CRISPR/Cas9 и ввести обработанные клетки обратно в мышцы, чтобы они могут расти там, размножаться и образовывать новую мышечную ткань», - объясняет доктор. Хелена Эскобар, научный сотрудник группы Койлера.
Некоторое время назад исследователи смогли показать, что метод работает на мышах, страдающих истощением мышц. «Однако до сих пор у нашего метода была одна загвоздка, - говорит Эскобар. - Мы внедрили схему генных ножниц в стволовые клетки с помощью плазмид - кольцевых двухцепочечных молекул ДНК бактерий.“
Однако плазмиды могут непреднамеренно интегрироваться в двухцепочечный геном клеток человека и затем приводить к нежелательным, непредсказуемым эффектам. «Поэтому мы не смогли бы лечить пациентов таким образом», - объясняет Эскобар.
Целевая коррекция генетических дефектов
Команда отправилась на поиски лучшей альтернативы: они нашли ее в форме мРНК, одноцепочечных молекул генетического материала, о которых недавно говорили как о важном компоненте двух COVID-19. вакцины сделали.
«В вакцинах молекулы мРНК содержат генетическую информацию для создания шиповидного белка вируса, который патоген использует для проникновения в клетки человека», - говорит Кристиан Штадельманн, аспирант группы Койлера. «Для наших целей мы используем молекулы мРНК, которые содержат инструкции по созданию генных ножниц».
Чтобы ввести мРНК в стволовые клетки, ученые использовали процесс, называемый электропорацией, при котором клеточные мембраны временно становятся проницаемыми для более крупных молекул.
«Используя мРНК, содержащую генетическую информацию для зеленого флуоресцентного красителя, мы первоначально смогли доказать, что почти все стволовые клетки поглощают молекулы мРНК», - говорит Штадельманн.
На следующем этапе исследователи использовали преднамеренно модифицированную молекулу на поверхности стволовых клеток мышечной ткани человека, чтобы показать, что этот метод можно использовать для целенаправленного устранения генетических дефектов.
Чудес не предвидится
Наконец, исследовательская группа опробовала инструмент, похожий на ножницы для гена CRISPR/Cas9, но который не разрезает ДНК, а только изменяет ее точно в одной точке.«Мы можем работать с ним еще более тонко. Однако этот инструмент подходит не для каждой мутации, вызывающей мышечную дистрофию», - объясняет Штадельманн.
С помощью экспериментов в чашке Петри эксперты смогли показать, что восстановленные мышечные стволовые клетки, как и здоровые клетки, способны сливаться друг с другом и образовывать молодые мышечные волокна.
«Сейчас мы планируем начать первое клиническое исследование с пятью-семью пациентами, страдающими мышечной дистрофией, ближе к концу года», - говорит Викелер. Однако она отмечает, что никаких чудес ждать не приходится. «Больные люди в инвалидной коляске просто так не встанут и не начнут ходить даже после нашей терапии».
Но для многих из пострадавших это большой шаг вперед, когда маленькая мышца, которая важна, например, для захвата или глотания, снова работает лучше. По словам Койлер, идея восстановления более крупных мышц, например, необходимых для стояния и ходьбы, уже витает в воздухе.
Однако молекулярные инструменты для этого должны стать настолько безопасными, чтобы их можно было безопасно вводить не только в изолированные мышечные стволовые клетки, но и непосредственно в дегенерированные мышцы.