In einem neuen Gentherapie-Ansatz zerstören UF-Forscher mutierte Botschaften, während sie korrigierende Gene einfügen

In einem neuen Gentherapie-Ansatz zerstören UF-Forscher mutierte Botschaften, während sie korrigierende Gene einfügen
In einem neuen Gentherapie-Ansatz zerstören UF-Forscher mutierte Botschaften, während sie korrigierende Gene einfügen
Anonim

BOSTON - - Genetiker der University of Florida haben einen verbesserten Weg gefunden, um Zellen einen genetischen Doppelschlag zu verabreichen, der eines Tages Patienten mit einer oft tödlichen erblichen Lungen-Leber-Erkrankung helfen könnte.

Der Untersuchungsansatz verwendet ein modifiziertes Virus, um korrigierende Gene an Zellen zu liefern, zusammen mit einem Enzym, das wie eine molekulare Schere wirkt und mutierte Gene auseinanderschneidet, bevor sie die Bildung von leberschädigenden Proteinen anordnen.Wissenschaftler des Genetics Institute der UF führten ihre Experimente in Kulturen von Eierstockzellen von Hamstern durch, Modellen für Alpha-1-Antitrypsin-Mangel beim Menschen.

Im Gegensatz zur klassischen Gentherapie, die ausschließlich darauf abzielt, korrigierende Gene in den Körper zu transportieren, um diejenigen zu kompensieren, die nicht richtig funktionieren, versucht diese Methode auch, zerstörerische Gene zu mundtot zu machen, indem sie ihnen die Fähigkeit nehmen, die Proteinproduktion zu steuern. Dazu verpacken die Forscher das genetische Material in einem viralen Vehikel, das als Adeno-assoziiertes Virus oder AAV bekannt ist, das es anscheinend in einen größeren Prozentsatz von Zellen einleitet als andere Genübertragungsmechanismen. Die Ergebnisse wurden diese Woche auf dem gemeinsamen Treffen der Pediatric Academic Societies und der American Academy of Pediatrics vorgestellt.

"Es ist die Verabreichungstechnik, die dies auszeichnet", sagte Dr. Terry Flotte, außerordentlicher Professor für Pädiatrie, Molekulargenetik und Mikrobiologie und Co-Direktor des Powell Gene Therapy Center am UF's College of Medicine.„Dies löst das Problem, einen Vektor zu entwickeln, der Gene an einen hohen Prozentsatz von Leberzellen liefern kann, was die Hauptaufgabe war. Und natürlich erledigt AAV alle anderen Dinge, die erforderlich sind – es ist langlebig und ungiftig."

Die genetische Störung, die zweithäufigste unter Kaukasiern, verursacht ein frühes Emphysem und eine schwere Lebererkrankung. Es betrifft schätzungsweise 100.000 Amerikaner. Alpha-1-Antitrypsin wird von der Leber produziert und schützt die Lunge vor Verletzungen durch ein gemeinsames Enzym, das normalerweise Bakterien bekämpft und abgestorbenes Gewebe reinigt. Die Betroffenen produzieren nicht genug Protein, um die Lunge ausreichend zu schützen, es kommt zu bleibenden und irreversiblen Schäden. Viele Menschen mit dieser Störung kämpfen auch mit Leberproblemen, die anscheinend durch eine fehlerhafte Version des Proteins verursacht werden, das sich in der Leber ansammelt.

"Wenn Sie sich Alpha-1-Antitrypsin-defiziente Personen ansehen, wenn sie geboren werden, haben etwa 20 Prozent einige Leberprobleme, und 20 Prozent dieser 20 Prozent haben schwere Leberprobleme und sterben oder werden transplantiert “, sagte Dr.Mark Brantly, Professor für Medizin und Molekulargenetik und Mikrobiologie am College of Medicine der UF. „Der Vorbeh alt ist, dass alle Alpha-1-Patienten ein lebenslanges Risiko für erhöhte Leberprobleme haben. Obwohl wir dies manchmal als Problem bei Kindern (mit Alpha-1) betrachten, ist es wirklich ein Problem aller Alpha-1-Patienten und wird mit der Zeit zu einem größeren Problem."

Brantly ist Teil eines Forschungsteams, zu dem Flotte gehört; Alfred S. Lewin, Professor für Molekulargenetik und Mikrobiologie am College of Medicine der UF; und Doktorand Thomas Conlon, die ihre Daten auf dem Treffen dieser Woche präsentierten. Ihre Studien wurden mit Unterstützung des Powell Gene Therapy Center an der UF und der National Institutes of He alth finanziert und fanden im Labor von Flotte statt.

Die derzeitige Behandlung der Erkrankung umfasst die Vermeidung von Zigarettenrauch und wöchentliche Injektionen von Alpha-1-Antitrypsin. Eine Gentherapie könnte eines Tages die Spritzen ersetzen.

In Zellen wird Ribonukleinsäure oder RNA von DNA-Strängen kopiert und fungiert typischerweise als Kurier, der die genetischen Anweisungen der DNA übermittelt. UF-Wissenschaftler untersuchten eine spezielle Art von RNA, die wie ein Enzym wirkt, eine Substanz, die chemische Reaktionen in Zellen hervorruft. In dieser Form ist es als Ribozym bekannt. UF-Forscher bewerteten vier verschiedene Ribozyme, um zu sehen, welche die abnormale RNA am effektivsten schlagen, während sie die Form verschonen, die die guten Gene trägt. Sie kombinierten den Ansatz mit Standard-Gentherapietechniken, um normale Kopien des Alpha-1-Antitrypsin-Gens in Zellen einzufügen.

Einer der vier – treffend WAR genannt – reduzierte laut Conlon die Konzentration mutierter Gene um 91 Prozent. Die Wissenschaftler waren auch in der Lage, die normalen Kopien des Alpha-1-Antitrypsin-Gens, das sie ersetzten, zu schützen, indem sie sie genetisch veränderten, um sie vor der zerhackenden Wirkung des Ribozyms zu schützen.

"Wenn es einen Fehler in der Gensequenz gibt, führt dies zu einer Veränderung der Bausteine ​​[der RNA der Zelle], und diese Veränderung ist mit der Produktion eines Proteins verbunden, das sich falsch f altet und innerhalb der Zelle falsch entsorgt wird.Wir glauben, dass diese unsachgemäße Entsorgung oder Handhabung des missgebildeten Proteins Schäden in den Leberzellen verursacht“, sagte Brantly.

"Wenn wir nur ein bisschen stromaufwärts schwimmen und die Produktion des Proteins verhindern können, kann das die Wahrscheinlichkeit verringern, dass eine Person eine Lebererkrankung entwickelt. Also kein schlechtes Protein, keine Lebererkrankung, ist die Hoffnung."

Aber das ist keine leichte Aufgabe, räumen Forscher ein.

"Der größere Trick besteht darin, das Ribozym so gut zu machen, dass es die schlechte RNA sehen kann und die gute RNA im Grunde in Ruhe lässt", sagte Brantly. „Die Idee in diesem speziellen Fall ist, wenn wir ein Ribozym haben, das so spezifisch ist, dass es nur die schlechte RNA zerschneidet, können wir tatsächlich gleichzeitig das schlechte Gen ersetzen. Das Ribozym zielt darauf ab, die abnormale RNA zu zerstören und auch eine normale zu produzieren RNA, aus der dann ein normales Protein entsteht."

Als nächstes planen UF-Wissenschaftler, den Ansatz in Kultur in menschlichen Zellen zu testen, die den Alpha-1-Antitrypsin-Defekt exprimieren. Diese Zellen werden durch Blutproben oder Lungenbiopsien gewonnen.

"Wir arbeiten hart, aber es wird eine Weile dauern, bis wir das beim Menschen untersuchen", sagte Brantly. „Wir müssen sicherstellen, dass wir mit diesen Verfahren keinerlei Toxizität verursachen. Nach diesen frühen Experimenten werden wir Mäuse untersuchen, denen das abnormale Alpha-1-Gen gegeben wurde, um zu sehen, ob wir es reparieren können in ihnen."

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