راهی کمتر پیموده شده: چگونه کاهش هانتینگتین می‌تواند بی‌ثباتی پیکری را تغییر دهد و ممکن است علائم را به تأخیر اندازد

یکی از رازهایی که بسیاری از دانشمندان فکر می‌کنند کلید درمان HD است، سن مرموز شروع آن است. اگرچه افراد مبتلا به HD ژن گسترش‌یافته را از بدو تولد حمل می‌کنند، اما معمولاً تا اواخر عمر علائم را بروز نمی‌دهند، که نشان می‌دهد چیزی ناخوشایند در زیر سطح در حال شکل‌گیری است! یکی از توضیحات، که در سال‌های اخیر توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده است، فرآیندی به نام بی‌ثباتی پیکری است، که در آن گسترش ژن در طول زندگی فرد بدتر می‌شود. کار اخیر آزمایشگاه دکتر جف کارول در دانشگاه واشنگتن چندین تکنیک ژنتیکی را برای درک آنچه باعث بی‌ثباتی پیکری می‌شود و اینکه آیا درمان‌های کاهش‌دهنده هانتینگتین ممکن است آن را کند کنند، بررسی کرده است.

یک تکرار ناپایدار

برای درک بی‌ثباتی پیکری، اجازه دهید به طور خلاصه نحوه عملکرد ژن‌ها را مرور کنیم. به طور معمول، ژن‌هایی مانند هانتینگتین یا HTT، کپی می‌شوند تا مولکول‌های پیام‌رسان به نام mRNA را از طریق فرآیندی به نام رونویسی بسازند. سپس این پیام‌های ژنتیکی می‌توانند به عنوان الگو برای ساخت پروتئین‌ها از طریق فرآیند دیگری به نام ترجمه استفاده شوند.

با این حال، در HD، ژن HTT حاوی حروف ژنتیکی اضافی (C-A-G) است که بیش از حد تکرار می‌شوند و باعث می‌شود پیام mRNA آن یک پروتئین غیرطبیعی ایجاد کند. در برخی سلول‌ها، این CAGهای تکراری می‌توانند در طول زندگی فرد حتی طولانی‌تر شوند و منجر به mRNAای شوند که به طور فزاینده‌ای تکراری است. تا زمانی که علائم ظاهر می‌شوند، این تکرارهای CAG ممکن است در سلول‌های خاصی به صدها مورد رسیده باشند. تکرار CAG که به طور مداوم در HTT گسترش می‌یابد، و بی‌ثباتی پیکری نامیده می‌شود، یک نظریه اصلی برای این است که چرا شروع HD معمولاً تا بزرگسالی به تأخیر می‌افتد.

بسیاری از کارآزمایی‌های بالینی در حال انجام بر کاهش مقدار HTT تولید شده از ژن معیوب متمرکز هستند. با این حال، مشخص نیست که آیا کاهش سطح HTT رشد تکرار CAG را در ژن HTT کند خواهد کرد یا خیر. اگرچه بی‌ثباتی پیکری مظنون اصلی برای ایجاد تأخیر در شروع HD است، اما هنوز فقط یک همبستگی است. با این حال، قطعاً ارزش بررسی دارد که چه چیزی باعث آن می‌شود و آیا درمان‌های کاهش‌دهنده HTT، که در حال حاضر در کارآزمایی‌های بالینی هستند، می‌توانند بر آن تأثیر بگذارند.

کاهش هانتینگتین

در یک مطالعه جدید، تیمی در دانشگاه واشنگتن آزمایش کردند که آیا کاهش HTT بر بی‌ثباتی پیکری تأثیر می‌گذارد یا خیر. از کارهای قبلی، آنها از نوعی درمان به نام الیگونوکلئوتیدهای آنتی‌سنس (ASOs) استفاده کرده بودند که به mRNA متصل می‌شوند و آن را به سطل زباله سلول می‌فرستند تا سطح HTT را در موش‌ها کاهش دهند. آنها این آزمایش‌ها را پیگیری کردند و دریافتند که ASOs رشد تکرار CAG را نیز حدود ۵۰٪ کاهش می‌دهند. این خبر خوبی است زیرا چندین کارآزمایی بالینی در حال انجام در حال حاضر ASOs را بررسی می‌کنند.

اگرچه توانایی ASOs در کاهش سطح mRNA هدف به خوبی درک شده است، محققان از اینکه این روش رشد CAGها را در ژن HTT متوقف می‌کند، شگفت‌زده شدند. آنها گمان می‌کردند که ASOs ممکن است mRNA را در منبع آن نیز مختل کنند – فرآیندی به نام رونویسی. کارهای اخیر گروه‌های دیگر نرخ رونویسی را با رشد CAGها مرتبط دانسته‌اند، به طوری که هرچه ژن HTT بیشتر برای ساخت mRNA استفاده شود، CAGها سریع‌تر تجمع می‌یابند. این فرضیه تیم را به بررسی دقیق چگونگی کند کردن رشد CAG توسط ASOs سوق داد.

محققان دو راه ممکن را در نظر گرفتند که ASOs ممکن است بی‌ثباتی پیکری را کند کنند.

1. خود پروتئین HTT مسئول بی‌ثباتی پیکری بود و با کاهش تولید HTT، ASOs بی‌ثباتی پیکری را کاهش دادند.
2. فرآیند فعال کردن ژن HTT باعث بی‌ثباتی پیکری می‌شد و با کاهش رونویسی، ASOs بی‌ثباتی پیکری را کاهش دادند.

برای یافتن اینکه ASOs چگونه ممکن است بر بی‌ثباتی پیکری تأثیر بگذارند، محققان یک مولکول مشابه به نام siRNA را به موش‌ها تزریق کردند که پروتئین HTT را کاهش می‌دهد اما بر رونویسی تأثیری نمی‌گذارد. هنگامی که سطح پروتئین HTT با استفاده از siRNA کاهش یافت، آنها هیچ تأثیری بر بی‌ثباتی پیکری مشاهده نکردند. این به معنای آن نیست که siRNA تأثیر مفیدی نداشت، بلکه siRNA بی‌ثباتی پیکری را در سلول‌هایی که تیم بررسی کرد، کاهش نداد. با این حال، این نشان می‌دهد که ASOs با مختل کردن رونویسی، و نه با کاهش سطح پروتئین، رشد CAG را کند می‌کنند.

تحویل کمتر، چاله‌های کمتر؟

برای تجسم تفاوت بین siRNA و ASOs، ژن HTT را به عنوان یک جاده قدیمی تصور کنید که کامیون‌های نیمه‌تریلر برای تحویل کالا در آن تردد می‌کنند و بسته‌ها نشان‌دهنده پیام‌های mRNA هستند. با هر سالی که در این جاده رانندگی می‌شود، چاله‌ها و ترک‌های آن بدتر می‌شوند، درست همانطور که تکرار CAG در HTT هرچه بیشتر برای ساخت پروتئین استفاده شود، بدتر می‌شود. کاهش سطح HTT با siRNA مانند کاهش تعداد بسته‌ها است، اما همان تعداد کامیون هنوز در جاده هستند – آنها فقط خالی‌ترند! اما ASOs تعداد کامیون‌ها را کاهش می‌دهند، و کامیون‌های کمتر به معنای فرسودگی کمتر جاده و در نتیجه رشد کندتر CAG است.

محققان برای آزمایش ارتباط بین بی‌ثباتی پیکری و رونویسی، رویکرد مستقیم‌تری را امتحان کردند. آنها به یک مدل موش ژنتیکی اصلاح‌شده از HD روی آوردند که در آن رونویسی HTT را می‌توان با افزودن یک ماده شیمیایی خاص به آب آشامیدنی آنها، مانند یک سوئیچ، روشن یا خاموش کرد. در موش‌هایی که رونویسی HTT در آنها خاموش شد، آنها کند شدن بی‌ثباتی پیکری را مشاهده کردند. علاوه بر این، هرچه رونویسی HTT طولانی‌تر خاموش می‌ماند، تکرارهای CAG کمتر رشد می‌کردند. این نتایج، علاوه بر آزمایش‌های ASO آنها، شواهد خوبی ارائه داد که رونویسی تا حدی مسئول بی‌ثباتی پیکری است.

مانع‌های انگشت روی

اگرچه روشن یا خاموش کردن HTT با افزودن یک ماده شیمیایی به آب آشامیدنی فوق‌العاده به نظر می‌رسد، اما فقط در این نوع خاص از موش‌های ژنتیکی اصلاح‌شده کار می‌کند، که متأسفانه ما نیستیم! بنابراین محققان به رویکرد عملی‌تری با استفاده از پروتئین‌های انگشت روی (ZFPs) روی آوردند، که پروتئین‌های ژنتیکی اصلاح‌شده‌ای هستند که مستقیماً به تکرارهای CAG متصل می‌شوند و رونویسی را مسدود می‌کنند. از قیاس ما، ZFPs مانند موانع غول‌پیکری هستند که ترافیک را قطع می‌کنند. اگر کامیون‌های تحویل کالا که روی جاده حرکت می‌کنند (نشان‌دهنده رونویسی) باعث بدتر شدن چاله‌ها (رشد CAG) می‌شوند، پس توقف ترافیک باید بی‌ثباتی پیکری را کند کند.

برای آزمایش ZFPs، آنها از یک ویروس برای انتقال دستورالعمل‌های DNA آنها به مغز موش‌ها استفاده کردند. یک طرف مغز موش نسخه‌ای از ZFP را دریافت کرد که به تکرار CAG متصل می‌شود و رونویسی را خاموش می‌کند، و طرف دیگر نسخه‌ای از ZFP را دریافت کرد که به HTT متصل می‌شود اما رونویسی را خاموش نمی‌کند. ZFPs که رونویسی را مسدود می‌کنند، کاهش چشمگیر ۷۰٪ در بی‌ثباتی پیکری را نشان دادند. به طور شگفت‌انگیزی، ZFPs که به HTT متصل می‌شوند اما رونویسی را مسدود نمی‌کنند، همچنان کاهش متوسط ۴۲٪ در بی‌ثباتی پیکری داشتند. این خبر خوبی است زیرا خاموش کردن کامل رونویسی HTT ممکن است ناامن باشد زیرا HTT هنوز عملکردهای مهمی در سلول‌های مغزی انجام می‌دهد. بنابراین، نگه داشتن HTT به صورت جزئی فعال در حالی که بی‌ثباتی پیکری کند می‌شود، ممکن است یک رویکرد درمانی ایمن‌تر باشد.

جهت‌گیری‌های درمانی

در مجموع، این نتایج نشان می‌دهد که کاهش رونویسی HTT نه تنها مقدار پروتئین سمی HTT را در سلول کاهش می‌دهد، بلکه ممکن است رشد CAG آن را نیز کند کند. اگرچه کند کردن رشد CAG مانند یک موفقیت بزرگ به نظر می‌رسد، اما مهم است که تکرار کنیم که هنوز مطمئن نیستیم که آیا بی‌ثباتی پیکری باعث شروع بیماری می‌شود یا خیر – این فقط یک سرنخ امیدوارکننده است! علاوه بر این، کاهش رونویسی HTT، که با کند شدن بی‌ثباتی پیکری مرتبط بود، ممکن است مشکلات کاملاً بی‌ربطی را در سلول ایجاد کند. در قیاس ما، مسدود کردن تحویل بسته‌ها از تشکیل چاله‌ها جلوگیری می‌کند، اما این مطمئناً گروهی از مشتریان عصبانی را که منتظر بسته‌های خود هستند، ایجاد خواهد کرد!

کارآزمایی‌های بالینی با استفاده از ASOs در حال انجام است و درمان‌های مبتنی بر ZFP در دست توسعه هستند. اگرچه جای زیادی برای خوش‌بینی وجود دارد، اما برخی نکات مهم نیز هست. اول از همه، موش‌های مورد استفاده در این آزمایش‌ها به صورت ژنتیکی با جهش تکرار CAG شدید مهندسی شده‌اند، زیرا در غیر این صورت به دلیل طول عمر کوتاهشان علائمی نشان نمی‌دادند. و اینکه آیا این درمان‌ها به طور مؤثر یا ایمن به انسان منتقل می‌شوند، یک علامت سوال بزرگ دیگر است. به عنوان مثال، اگرچه ASOs و ZFPs ممکن است در طول عمر بسیار کوتاه یک موش تحمل شوند، اما ما ایمنی یا اثربخشی طولانی‌مدت آنها را در انسان نمی‌دانیم. با این حال، ما هر پیشرفت را از نزدیک دنبال خواهیم کرد و به محض انتشار، به‌روزرسانی‌ها را به اشتراک خواهیم گذاشت!

خلاصه

• تکرارهای CAG در ژن HTT در طول زندگی گسترش می‌یابند و این بی‌ثباتی پیکری ممکن است به تأخیر در شروع HD کمک کند.
• درمان‌های ASO با کاهش رونویسی HTT، و نه فقط سطح پروتئین HTT، گسترش تکرار را کند می‌کنند.
• آزمایش‌های متعدد، از جمله siRNA، رونویسی قابل تعویض، و پروتئین‌های انگشت روی، تأیید می‌کنند که رونویسی کمتر HTT به معنای رشد کمتر CAG است.
• درمان‌هایی که رونویسی را هدف قرار می‌دهند امیدوارکننده به نظر می‌رسند، اما هنوز مشخص نیست که آیا کند کردن بی‌ثباتی پیکری شروع HD را در انسان تغییر خواهد داد یا خیر.

بیشتر بدانید

سرکوب بی‌ثباتی پیکری بیماری هانتینگتون با سرکوب رونویسی و اتصال مستقیم به تکرار CAG