Антисмысловой олигонуклеотид остановил рост числа CAG-повторов в клетках пациента с болезнью Гентингтона

Исследователи из Университетского колледжа Лондона, Кембриджского университета, Института Бродов (MIT, Гарвард) и других научных центров Великобритании и США продемонстрировали, что экспериментальный антисмысловой олигонуклеотид (ASO) останавливает экспансию повторов CAG в гене гентингтина, вызывающую болезнь Гентингтона — тяжелое аутосомно-доминантное нейродегенеративное заболевание. Исследования проводились на человеческих клетках и мышах.

Терапевтических вмешательств, изменяющих течение болезни Гентингтона, на данный момент не существует; в среднем через 10–13 лет после проявления симптомов болезнь приводит к летальному исходу. Ее причиной является увеличение количества (экспансия) повторов CAG в экзоне 1 гена гентингтина (HTT). Мутантный белок с протяженным полиглутаминовым участком (полиQ) токсичен для нейронов. Ген HTT с экспансией повторов пациент может получить от родителя; так как экспансия продолжается, имеет место антиципация — усиление симптомов и (или) более раннее проявление болезни в следующем поколении. Кроме того, у каждого пациента увеличивается количество повторов CAG в HTT в геномах соматических (неполовых) клеток, включая нейроны мозга. (Подробнее на PCR.NEWS.)

Терапевтические стратегии, которые разрабатываются в настоящее время (например, РНК-терапия или CRISPR-редактирование), обычно нацелены на мутантный аллель гентингтина. Альтернативный вариант рассматривают в Лондонском университетском колледже: снижение экспрессии MSH3, белка репарации ДНК, который способствует экспансии аллельного повтора CAG и приводит к прогрессированию заболевания. MSH3 участвует в репарации ошибочно спаренных нуклеотидов (mismatch repair, MMR). За ошибочное спаривание могут быть «приняты» сдвиги, возникшие в CAG-участке при расплетании и повторном спаривании двойной спирали, а репарация в этом случае способна увеличить количество повторов.

Предыдущие исследования определили MSH3 как потенциальную терапевтическую цель при болезни Гентингтона, поскольку у пациентов с вариантом MSH3, который снижает продукцию белка, замедляется экспансия повторов CAG (а также других тринуклеотидных повторов), симптомы проявляются позднее, заболевание прогрессирует медленнее. Кроме того, мутации потери функции в гене MSH3 переносятся лучше, чем в генах других белков, участвующих в MMR и влияющих на тяжесть протекания болезни Гентингтона. У мышей они не снижают продолжительность жизни и не способствуют онкогенезу; у людей они онкогенны лишь в редких случаях. Короткая интерферирующая РНК (киРНК) в экспериментах на мышиной модели болезни Гентингтона блокировала экспансию повторов в нейронах полосатого тела.

В новой работе был использован антисмысловой олигонуклеотид (ASO). Антисмысловые олигонуклеотиды — короткие молекулы модифицированных нуклеиновых кислот, которые комплементарно связываются с РНК-мишенью и вызывают ее деградацию. (От киРНК или малых интерферирующих РНК ASO отличаются молекулярным механизмом действия.)

ASO, нацеленный на мРНК гена MSH3 и вызывающий ее расщепление РНКазой H1, разработали в компании Ionis Pharmaceuticals. Чтобы проверить его эффективность, авторы получили средние шипиковые стриарные нейроны (нейроны, характерные для полосатого тела и наиболее уязвимые при болезни Гентингтона) из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациентки — семилетней девочки со 125 CAG-повторами в экзоне 1 HTT. (Патологическим считается их число, превышающее 36.)

Исследование in vitro показало, что ASO, нацеленный на мРНК MSH3, снижает количество белка MSH3 и тормозит экспансию CAG-повторов в стриарных нейронах. Эффект был дозозависимым, причем 83%-ное снижение уровня MSH3 полностью останавливало экспансию. Он сохранялся и в клетках с дефицитом FAN1 — этот белок обладает протективным действием при болезни Гентингтона и препятствует экспансии повторов. При этом регуляция путей репарации ДНК в нейронах не нарушалась, как показал анализ экспрессии генов. По оценкам авторов, безопасно даже снижение количества MSH3 до 95%.

Кроме того, авторы провели эксперименты на мышах с человеческим геном MSH3. При инъекции в боковые желудочки мозга ASO снизил уровень MSH3 в головном и спинном мозге животных и хорошо переносился.

Так как эффективных терапевтических стратегий при болезни Гентингтона пока еще нет, таргетирование белков, вовлеченных в экспансию CAG-повторов, представляется перспективным, а MSH3 привлекателен относительной безопасностью вмешательства. Для разработки клинических стратегий в будущем важно установить, до какой степени нужно снизить экспрессию MSH3, чтобы достичь терапевтического эффекта, отмечают авторы.

Ускоренное клеточное старение нейронов полосатого тела характерно для болезни Гентингтона