Новый подход генной терапии создает путь для лечения редких наследственных заболеваний
Нонсенс-мутации — это однонуклеотидные ошибки в генетическом коде, которые преждевременно останавливают производство критически важных белков. Эти незавершенные белки не могут нормально функционировать. Нонсенс-мутации вызывают 10–15% всех наследственных генетических заболеваний, включая мышечную дистрофию Дюшенна, спинальную мышечную атрофию, муковисцидоз и поликистоз почек. В настоящее время не существует лечения или широко эффективной терапии для этих часто разрушительных состояний, которые по отдельности редки, но, по оценкам, в совокупности затрагивают до 30 миллионов человек во всем мире.
Новое исследование под руководством Кристофера Ахерна, доктора философии, из Медицинского колледжа Карвера Университета Айовы, раскрывает новый подход и надежную технологическую платформу для подавления нонсенс-мутаций с использованием модифицированных транспортных РНК (тРНК). Исследование, проведенное Ахерном, его коллегами из UI и сотрудниками из Института Уистара в Филадельфии, лаборатории терапевтических исследований Фонда муковисцидоза в Лексингтоне и Integrated DNA Technologies Inc. в Королвилле, показывает, что модифицированные тРНК могут эффективно и точно исправлять нонсенс-мутации любыми аминокислотами. Результаты были опубликованы 18 февраля в Nature Communications.
Процесс превращения генетического кода в белок называется трансляцией. Транспортные РНК (тРНК) сопоставляются с кодом матричной РНК и доставляют правильную аминокислоту в правильном порядке для сборки белка. Кодовые последовательности матричной РНК, которые диктуют порядок аминокислот, называются кодонами. Соответствующие последовательности на тРНК называются антикодонами.
Ахерн и его команда из UI, включая ведущего автора исследования Джона Люка, доктора философии, систематически тестировали модифицированные молекулы тРНК на их способность исправлять преждевременные стоп-кодоны каждой из 20 природных аминокислот. Высокопроизводительный скрининг эффективно выявил несколько мощных модифицированных тРНК для каждого типа аминокислоты и стоп-кодона.
Чтобы продемонстрировать, что подход может работать в более сложных и физиологически релевантных системах, сотрудники лаборатории Ахерна вместе с коллабораторами из лаборатории CFFT и лаборатории Дэвида Вайнера, доктора философии, в Институте Уистара показали, что модифицированные тРНК, закодированные и отформатированные для эффективной доставки, экспрессируются на высоком уровне и эффективны для коррекции нонсенс-мутаций в живой мышечной ткани мыши. Интересно, что активность тРНК сохранялась в течение недель, что позволяет предположить, что этот устойчивый подход генной терапии может иметь потенциал для клинического применения.
Важно, что команда лаборатории CFFT под руководством Уильяма Скача, доктора медицины, показала, что тРНК были селективны в своей активности и не влияли на нормальные стоп-кодоны, сигнализирующие об истинном конце белковой последовательности.
А в UI Ахерн с постдоками Люком и Дэнни Инфилдом, доктором философии, и профессором педиатрии, экспертом по муковисцидозу Полом Маккреем, доктором медицины, показали, что подход может исправить вызывающую муковисцидоз нонсенс-мутацию и точно произвести функциональный белок CFTR.
Хотя Ахерн воодушевлен потенциалом технологии тРНК с модифицированным антикодоном для борьбы с заболеваниями, вызванными нонсенс-мутациями, он отмечает, что предстоит ответить на множество научных вопросов и преодолеть технические препятствия, чтобы выяснить, можно ли перевести этот подход в терапию для людей.