خاموش کردن ژن به معنای استفاده از مولکول‌های طراحی‌شده ویژه برای «خاموش کردن» پیامی است که سلول‌ها را وادار میکند که پروتئین مضر هانتینگتین را تولید کنند. پرایمر خاموش کننده ژن HDBuzz تکنیک ها، نتایجی که تاکنون به‌دست آمده و چالش های پیش رو را توضیح می دهد. ما درخواست‌های زیادی از خوانندگان داشته‌ایم تا مقاله‌ای درباره «خاموشی ژن» بنویسیم - که به عنوان «خاموش کردن huntingtin» نیز شناخته می‌شود. این موضوع یک حوزه تحقیقاتی است که هیجان زیادی ایجاد می کند. توجه بسیاری از مردم با بیانیه مطبوعاتی مشترک اخیر لوندبک و دانشگاه ماساچوست، که یک همکاری تحقیقاتی را با هدف توسعه درمان‌های «تداخل RNA (RNAi)» برای HD اعلام کرد، به این موضوع جلب شد. با این تفاسیر، خاموشی ژن چیست؟ چگونه کار می کند، و چگونه ممکن است برای بیماران HD مفید باشد؟

ژن ها، پیام ها و پروتئین ها

پروتئین ها مولکول هایی هستند که مانند ماشین های کوچک عمل می کنند و بیشتر کارهای مفید را در داخل سلول ها انجام می دهند - مواردی مانند انجام واکنش های شیمیایی، برقراری پیام ها، دادن ساختار به سلول ها و غیره. هر پروتئین مختلف با استفاده از مجموعه ای از ساختارها به نام ژن ساخته می شود. ژن ها از DNA ساخته شده اند و در مرکز کنترل سلول یعنی هسته زندگی می کنند. اگرچه از ژن ها برای ساخت مستقیم پروتئین ها استفاده نمی شود. در این بین، سلول از توالی ژنی DNA به عنوان الگویی برای ساخت “مولکول پیام‌برنده” به نام “RNA پیام رسان” یا mRNA استفاده می کند. سپس از مولکول پیام mRNA برای گفتن اینکه چه بلوک‌های ساختمانی برای ساخت پروتئین به هم بچسبند، استفاده می‌شود. برای جمع‌بندی، از DNA به عنوان الگویی برای ساخت mRNA استفاده می‌شود و سپس از مولکول پیام‌رسان برای ساخت مولکول‌های پروتئین استفاده می‌شود. بیماری هانتینگتون توسط یک ژن غیر طبیعی ایجاد می شود - ژنی که به سلول ها می گوید پروتئینی به نام huntingtin را تولید کنند. هر سلول دارای دو نسخه از هر ژن است. اکثر افراد مبتلا به HD، یا آنهایی که بعداً به آن مبتلا خواهند شد، دارای یک ژن “طبیعی” و ژنی با تکرارهای بیش از حد توالی سه حرفی “CAG” در ابتدا هستند. این «اشتباه املایی» ساده منجر به یک پروتئین «جهش‌یافته» می‌شود که رفتاری متفاوت از پروتئین معمولی دارد و به سلول‌ها آسیب می‌رساند و علائم HD را ایجاد می‌کند. ممکن است اصطلاح “نوع وحشی” را شنیده باشید - این همان چیزی است که دانشمندان آن را ژن و پروتئین غیر جهش یافته یا “طبیعی” می نامند.

خاموش کردن ژن هانتینگتین

از آنجایی که ژن غیر طبیعی عامل همه مشکلات در HD است، چرا فقط از شر آن خلاص نشده و یک ژن سالم جایگزین آن نکنیم؟ متأسفانه این کار بعید است، زیرا سلول ها راه های بسیار مطمئنی برای محافظت از DNA برای جلوگیری از آسیب یا تغییرات دارند. از سوی دیگر، مولکولmRNA در سلول شناور است و تا زمانی که وجود دارد، برای ساخت مولکول‌های پروتئین بیشتری استفاده می‌شود. اگر می توانستیم به نوعی به سلول بگوییم که این پیام را نادیده بگیرد، پروتئین مضر ساخته نمی شد. این همان تفکری است که در پشت “خاموش کردن ژن *” وجود دارد. ایده این است که دانشمندان می توانند دارویی بسازند که در واقع یک مولکول پیام طراحی شده خاص است، که به پیام هانتینگتین می چسبد و به سلول می گوید که از شر آن خلاص شود. تحقق یافتن خاموش کردن ژن به نظر می رسد که خیلی بعید باشد، اما اینطور نیست. در سال 1998، دو محقق که برنده جایزه نوبل پزشکی شدند، چگونگی خاموش کردن ژن های فردی را بررسی کردند. آنها روش خود را *تداخل RNA (RNAi) نامیدند. خاموش کردن ژن اکنون یک تکنیک استاندارد است که توسط دانشمندان برای مطالعه نحوه عملکرد ارگانیسم‌ها، چگونگی ایجاد آسیب در بیماری‌ها و به عنوان روشی برای توسعه درمان استفاده می‌شود. یک داروی خاموش کننده ژن (Vitravene، که برای درمان عفونت ویروسی چشم استفاده می شود) برای استفاده انسانی مجوز دارد و بیش از ده ها آزمایش در بسیاری از بیماری های مختلف در حال انجام است و موارد بیشتری در راه است. اگر به همین سادگی بود، ما قرص های خاموش کننده ژن برای بیماری هانتینگتون را از قبل می داشتیم، پس چه مشکلی وجود دارد؟ خوب، مانند هر تکنیک جدید، چالش ها، شکست ها و موانع غیرمنتظره ای در این راه وجود دارد.

چالش اول: ورود به مغز

یکی از مشکلات اصلی رساندن مولکول های خاموش کننده به جایی است که مورد نیاز است. در HD، مرگ سلول های مغزی به نام نورون ها مسئله اصلی است، بنابراین ما باید مولکول را به آن سلول ها برسانیم. اولین مانع ورود دارو به مغز است. مغز دارای یک سپر دفاعی طبیعی است تا از ورود مواد مضر از خون به آن جلوگیری کند. این مکانیسم به طور کلی برای ما خوب است، زیرا از مغز محافظت می کند، اما باعث ایجاد چالش برای محققان دارویی HD می شود، زیرا ورود داروها به مغز را بسیار سخت تر از مثلاً کبد یا کلیه ها می کند. بنابراین بعید است که یک قرص یا تزریق ساده برای مبارزه با HD با خاموش کردن ژن مناسب باشد. یکی از راه‌های حل این مشکل استفاده از پمپ‌ها و لوله‌های کوچک برای تزریق داروی خاموش‌کننده به طور مستقیم به مغز یا مایعی است که آن را احاطه کرده است - مایع مغزی نخاعی یا CSF . این بسیار دلهره آور به نظر می رسد، و شکی نیست که کاشت پمپ ها یا لوله ها در سیستم عصبی کار بزرگی است، اما در واقع سیستم های مشابه در حال حاضر برای ارائه دارو در سایر بیماری ها مانند مولتیپل اسکلروزیس (MS) و سرطان مغز استفاده می شود درحالیکه سابقه بسیار خوبی هم در عدم ایجاد مشکل دارند.

چالش دوم: توزیع

هنگامی که دارو در سیستم عصبی قرار می گیرد، مشکل توزیع هنوز حل نشده است. مغز یک توپ متراکم از بافت است که مولکول های خاموش کننده به سختی می توانند در آن پخش شوند. علاوه بر این، درمان باید به داخل سلول‌ها وارد شود تا کار کند - شناور کردن آن بین سلول‌ها کافی نیست. دانشمندان از روش های مختلفی برای رفع این مشکل استفاده می کنند. برندگان جایزه نوبل از مولکول های تداخل RNA (RNAi) برای خاموش کردن ژن ها استفاده کردند. آنها بسیار شبیه به مولکول هایی هستند که به طور طبیعی توسط سلول ها تولید می شوند. نقطه ضعف این مولکولها این است که آنها تمایلی به انتشار طبیعی از طریق مغز ندارند و در ورود به سلول ها خیلی خوب نیستند. بنابراین، محققان RNAi تمایل دارند از لوله‌های بسیار ظریفی استفاده کنند که در داخل فضای مغز قرار می‌گیرند و مناطق آسیب‌دیده را هدف قرار می‌دهند و به پمپ‌هایی متصل هستند که از فشار برای انتشار بیشتر دارو استفاده می‌کنند. گزینه دیگر این است که اجازه دهید مولکول‌های RNAi در داخل ویروس‌های غیرفعال شده، که متخصص انتشار در اطراف مغز و تزریق مواد به سلول‌ها هستند، حرکت کنند. روش دیگر این است که مولکول های مختلفی را امتحان کنید که ممکن است در گسترش و ورود به سلول ها بهتر باشد. الیگونوکلئوتیدهای آنتی سنس (ASOs) شبیه مولکول های RNAi هستند اما کمی ساده تر هستند و به طور طبیعی توسط سلول ها تولید نمی شوند. اصل یکسان است - آنها به مولکول mRNA می چسبند و از استفاده سلول از آنها برای ساخت پروتئین جلوگیری می کنند. به نظر می رسد ASO ها در پخش شدن در سراسر مغز بسیار بهتر هستند و می توانند به راحتی وارد سلول ها شوند. همچنین به نظر می رسد که آنها بسیار بیشتر دوام می آورند - که بسته به اینکه چقدر کارشان را خوب انجام می دهند، می تواند خوب یا بد باشد. کدام تکنیک خاموش کردن ژن بهتر است؟ ما در حال حاضر پاسخ را نمی دانیم، بنابراین RNAi و ASO به طور همزمان در حال کار هستند تا ببینیم کدام یک بهتر است.

چالش سوم: خاموش کردن ژن

آزمون کلیدی درمان خاموش کردن ژن این است که آیا می تواند ژن را با موفقیت خاموش کند یا خیر. تاکنون، تحقیقات در مدل‌های حیوانی HD قویاً نشان داده است که می‌توان با درمان‌های RNAi و ASO به این امر دست یافت. در سال 2005، تیمی از محققان به رهبری Bev Davidson در آیووا، مولکول‌های RNAi را به مغز موش‌های HD تزریق کردند و به کاهش 85 درصدی پیام هانتینگتین دست یافتند. عملکرد حرکتی و ناهنجاری های سلولی موش ها نیز بهبود یافت. از آن زمان، چندین گروه مختلف از محققان موفقیت در کاهش تولید هانتینگتین با استفاده از مولکول های مختلف، از جمله داروهای RNAi و ASO گزارش کرده اند. جدیدترین کار نشان می دهد که فواید دمنوش های کوتاه مدت برای دوره های بسیار طولانی باقی می ماند.

چالش چهارم: انتخاب هدف مناسب

محققان مواد مخدر دوست دارند مشکلات را از قبل تشخیص دهند تا اینکه منتظر بمانند، و یکی از مشکلات احتمالی خاموش کردن ژن، اثرات آن بر روی کپی طبیعی یا نوع وحشی ژن هانتینگتین است. ما می دانیم که نداشتن هیچ هانتینگتین خطرناک است. موش های بدون هیچ یک از این ژن ها قبل از تولد می میرند. بنابراین سوال کلیدی این است که آیا کاهش هانتینگتین جهش یافته که برای درمان این بیماری لازم است باعث کاهش در هانتینگتین نوع وحشی می شود که خطرناک است؟ در حال حاضر ما نمی دانیم. برخی از محققان احساس می کنند که تنها کاهش اندک در هانتینگتین جهش یافته برای دادن فرصت به سلول ها برای بهبودی کافی است، بنابراین ما نباید نگران اثرات مضر کاهش اندکی پروتئین نوع وحشی باشیم. برخی دیگر بر این باورند که ما نیاز به توسعه درمانی داریم که فقط پروتئین جهش یافته را خاموش کند. به آن خاموشی خاص آلل می گویند - آلل چیزی است که ما هر یک از دو نسخه یک ژن را می نامیم. خاموش کردن آلل خاص بسیار معقول به نظر می رسد - اگر بتوانیم ژن جهش یافته را هدف قرار دهیم، چرا این کار را نکنیم؟ نکته منفی این است که برای هدف قرار دادن تنها یک کپی از یک ژن، باید در DNA هر بیمار برای تفاوت‌های خوانش فردی بین دو آلل جستجو کنید. خوشبختانه، چنین تفاوت‌هایی رایج هستند، اما ما هنوز احتمالاً به چندین داروی مختلف نیاز داریم تا بتوانیم درمان هدفمندی را برای بیماران بیشتری ارائه دهیم. برخی از بیماران هیچ تفاوت خوانش اللی مناسبی ندارند که بتوان به این شکل آنها را هدف قرار داد. بحث در مورد اینکه آیا خاموش کردن آلل خاص ضروری است یا خیر ادامه دارد، اما خبر خوب این است که ما نیازی به انتظار بیشتر برای دستیابی به پاسخ نخواهیم داشت، زیرا هر دو تکنیک در حال حاضر توسط گروه های مختلف محققان آزمایش می شوند.

چالش پنجم: عوارض جانبی

¬درمان‌های خاموش‌کننده ژن هنوز ممکن است عوارض جانبی داشته باشند، حتی اگر از مشکلات احتمالی با کاهش نوع وحشی الل هانتگینتین بتوان اجتناب کرد. یک مشکل به اصطلاح «اثرات خارج از هدف یا ناخواسته» است، که در آن مولکول دارو به مولکول‌های پیام رسان ژن‌هایی غیر از هانتینگتین می‌چسبد و با آنها تداخل می‌کند. که می تواند تعدادی مشکل ایجاد کند. مسئله دیگر این است که سیستم ایمنی مغز ممکن است در نهایت با مولکول‌های «بیگانه» که به داخل آن پمپ می‌شوند مبارزه کند و این می‌تواند اوضاع را بدتر کند. اکنون باید این عوارض جانبی احتمالی را جدی بگیریم، در حالی که هنوز در مرحله آزمایش آنها بر روی حیوانات هستیم. حتی اثرات ناخواسته بسیار خفیف نیز می تواند خبر بدی باشد، به خصوص اگر خاموش کردن ژن در نهایت، سالها برای جلوگیری از علائم در افرادی که آزمایش مثبت داشته اند، استفاده شود. دانشمندان در تلاشند تا بهترین مولکول ها را با کمترین خطر عوارض جانبی جدی تولید کنند و فقط ایمن ترین آنها برای آزمایش های انسانی ارائه می شود.

کی، کی، کی؟ (چه وقت؟چه وقت؟ و بالاخره چه وقت؟)

داشتن هیجان در مورد مکانیسم خاموش کردن ژن موجه است، زیرا بسیاری از محققان احساس می کنند این بهترین شانس ما برای تولید درمان های موفق HD است. واضح است که مسائل زیادی برای حل کردن وجود دارد، اما هر سال که می گذرد پیشرفت هایی در حال انجام است، و همه قبول دارند که تاکنون چیزی پیدا نشده است که نشان دهد این تکنیک در بیماران کار نمی کند. در حال حاضر آزمایشی برای خاموش کردن ژن ASO در بیماران مبتلا به ALS (بیماری نورون حرکتی) در حال انجام است. این واقعاً مهم است زیرا نه تنها دارو، بلکه سیستم تحویل پمپ و لوله را نیز آزمایش می‌کند تا دارو را به جایی که لازم است برساند. در همین حال، بسیاری از محققان در سراسر جهان در حال کشف این هستند که کدام مولکول ها برای آزمایش در بیماران HD بهتر است. نمی‌توانیم با اطمینان بگوییم چه زمانی درمان‌های خاموش‌کننده ژن برای بیماران در دسترس خواهد بود، اما HDBuzz ناامید خواهد شد اگر در آینده نزدیک شاهد آزمایش‌های خاموش کردن ژن HD انسانی نباشیم.