Prime editing исправил пять генетических мутаций для лечения редкого заболевания мозга у мышей
Исследователи из Broad Institute и The Jackson Laboratory использовали prime editing — точную и универсальную форму редактирования генов — для коррекции основной причины альтернирующей гемиплегии детского возраста (AHC) у мышей.
Команда использовала масштабируемый подход для разработки методов prime editing, которые напрямую исправили пять различных вызывающих AHC генетических мутаций. У мышей, получивших лечение, было значительно меньше и менее тяжелых симптомов AHC, и они выжили более чем в два раза дольше, чем нелеченные мыши.
Исследование, опубликованное в Cell, впервые демонстрирует использование prime editing для лечения неврологического заболевания у животных.
Prime editing был разработан в 2019 году лабораторией Дэвида Лю, который является соавтором новой работы. "Это важная веха для prime editing... Это открывает дверь для исправления генетических причин многих неврологических расстройств, которые долгое время считались неизлечимыми", — сказал Лю.
"Такой уровень эффективности редактирования в мозге действительно весьма примечателен", — добавила соавтор исследования Кэтлин Лутц.
Редактирование генов в мозге
Подавляющее большинство случаев AHC вызвано одной из четырех мутаций в гене ATP1A3, который необходим для функции клеток мозга. Команда Лю разработала методы prime editing для исправления пяти мутаций ATP1A3, включая четыре наиболее распространенные.
"Мы разработали надежную основу для параллельной коррекции нескольких мутаций", — сказал Александр Соуза, один из первых авторов исследования.
Сначала исследователи протестировали свои стратегии на культивируемых клетках пациентов с AHC. Они продемонстрировали, что могут корректно исправить мутации AHC в до 90% обработанных клеток.
Затем группа протестировала лечение на двух мышиных моделях AHC, которые несут мутации Atp1a3, аналогичные мутациям у пациентов. Без лечения у мышей развивались судороги, проблемы с движением, и они преждевременно умирали.
Когда ученые вводили свою систему редактирования в мозг животных, их симптомы исчезали или существенно уменьшались. Леченные мыши выживали более чем в два раза дольше, чем нелеченные. Функция их белка Atp1a3 восстанавливалась в мозге, а двигательные и когнитивные нарушения ослабевали.
Ученые доставляли prime editors в клетки мышей с помощью клинически валидированных вирусов AAV, которые уже используются в одобренных FDA генных терапиях, нацеленных на клетки мозга.
"Результаты действительно превзошли наши ожидания", — сказал Холт Сакаи, соавтор исследования.
Команда также протестировала традиционную генную терапию, которая доставляла дополнительную здоровую копию гена ATP1A3 в клетки, и обнаружила, что симптомы у животных не улучшились. Это подчеркивает уникальное преимущество использования редактирования генов для прямой коррекции мутации.
"До этого исследования мы даже не знали, можно ли вмешаться в AHC после рождения у животного. Теперь мы знаем, что можно", — сказал Соуза.
Шаблон для редких заболеваний
Поскольку лечение требовало прямой инъекции в мозг вскоре после рождения, команда теперь изучает менее инвазивные методы доставки и возможность эффективного лечения в более позднем возрасте.
Помимо AHC, команда рассматривает свой подход как шаблон для решения других редких генетических заболеваний, особенно тех, которые поражают мозг.
"Это убедительное доказательство концепции", — сказал Сакаи. "Оно показывает, что мы можем использовать prime editing для лечения генетических заболеваний мозга и закладывает основу для перевода этого подхода в клинику".