اصلاح دستور پخت: کاهش برشی از هانتینگتین

مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که کاهش بخش مضر پیام هانتینگتین (Htt1a) در کاهش علائم مرتبط با HD در موش‌ها مؤثرتر از هدف قرار دادن HTT کامل است. این نشان می‌دهد که استراتژی‌های متمرکز بر کاهش HTT1a ممکن است ارجح باشند!

رونویس‌های RNA چه هستند؟

بدن شما با پیروی از یک جریان ساده اطلاعات ژنتیکی کار می‌کند. در سال ۱۹۵۷، فرانسیس کریک این را به عنوان فرآیند بنیادی زیست‌شناسی توصیف کرد: DNA خود را تکثیر می‌کند و به عنوان الگویی برای ایجاد RNA عمل می‌کند، و سپس از RNA برای ساخت پروتئین‌ها استفاده می‌شود. پیام‌های RNA – که به عنوان رونویس شناخته می‌شوند – مولکول‌هایی هستند که به عنوان دستورالعمل برای ساخت پروتئین‌ها استفاده می‌شوند. DNA را به عنوان مواد اولیه نوشته شده، RNA را به عنوان دستور پخت، و پروتئین‌ها را به عنوان غذای کامل شده در نظر بگیرید.

دانشمندان به ویژه در مورد درمان بیماری‌هایی با علل ژنتیکی شناخته شده، به RNA علاقه‌مند هستند. به جای تلاش برای خلاص شدن از پروتئین‌های مضر پس از ساخته شدن، مؤثرتر است که از ابتدا از ساخته شدن آن‌ها جلوگیری شود. این شامل هدف قرار دادن مولکول‌های RNA قبل از اینکه برای ساخت پروتئین‌ها استفاده شوند، می‌شود.

این ایده به ویژه برای بیماری هانتینگتون (HD) مهم است، زیرا محققان در حال بررسی راه‌هایی برای هدف قرار دادن RNA هستند که دستورالعمل‌های ساخت هانتینگتین (HTT) را حمل می‌کند، با هدف تولید کمتر پروتئین سمی و در نتیجه بهبود علائم.

HTT1a: یک قطعه سمی

HD ناشی از یک بخش تکراری گسترش‌یافته از حروف C-A-G DNA در ژن HTT است. این ژن گسترش‌یافته، نسخه‌ای غیرطبیعی از پروتئین HTT را تولید می‌کند، با یک بخش فوق‌العاده بلند که باعث تاخوردگی نادرست آن می‌شود. به جای انجام وظیفه عادی خود، پروتئین بدتاخورده چسبنده می‌شود و شروع به تجمع می‌کند، به نورون‌ها آسیب می‌رساند و علائم را تسریع می‌کند. آن را مانند پیروی از یک دستور پخت پای لیموی کلیدی در نظر بگیرید که در آن یک دستورالعمل به طور تصادفی بارها و بارها تکرار می‌شود: اضافه کردن یک قاشق چای‌خوری نمک آن را خوشمزه می‌کند، اما بیست قاشق اضافی پای را خراب خواهد کرد.

اما این تمام ماجرا نیست. جهش ژنتیکی فقط بر پروتئین نهایی تأثیر نمی‌گذارد – بلکه می‌تواند در نحوه ساخت دستورالعمل‌های ژن (RNA پیام‌رسان یا mRNA) نیز اختلال ایجاد کند. گاهی اوقات، دستورالعمل‌ها زودتر قطع می‌شوند که نسخه کوتاه‌تری از پیام HTT به نام HTT1a را تولید می‌کند. این یک نسخه کوچک و بالقوه مضرتر از پروتئین هانتینگتین ایجاد می‌کند. این پروتئین کوتاه‌تر HTT1a حتی راحت‌تر تجمع می‌یابد و ممکن است سمیت بیشتری در سلول‌های مغزی ایجاد کند. تصور کنید که علاوه بر اضافه کردن مکرر نمک، دستور پخت شما شامل لیموهای کامل (با پوست و همه) همراه با آبلیمو باشد. در آن صورت، کل پای غیرقابل خوردن خواهد بود!

همه این‌ها ممکن است شبیه دستورالعملی برای فاجعه به نظر برسد، اما به یک راه‌حل احتمالی نیز اشاره دارد. به جای تلاش برای اصلاح محصول نهایی و آسیب‌دیده، محققان مستقیماً به سراغ منبع می‌روند: mRNA، خود دستور پخت.

siRNA: پاک‌کن زیست‌شناسی

siRNA، یا RNA کوچک تداخل‌کننده، ابزاری است که دانشمندان برای کاهش مقدار mRNA در یک سلول از آن استفاده می‌کنند. با هدف قرار دادن و تجزیه mRNA خاص، siRNA به طور مؤثر از تولید پروتئین‌های خاص جلوگیری می‌کند. اگر mRNA دستور پخت یک غذا باشد، siRNA مانند مدادی عمل می‌کند که برخی از کلمات مواد اولیه را پاک می‌کند تا فقط مجبور شوید از آن‌ها صرف نظر کنید. بدون تمام قاشق‌های اضافی نمک و لیموهای کامل، پای شما طبق برنامه (امیدواریم خوشمزه) از آب در خواهد آمد.

هنوز مشخص نیست که آیا هدف قرار دادن HTT کامل، HTT1a یا هر دو، نتایج HD را بهبود می‌بخشد یا خیر. در حال حاضر چندین روش درمانی در حال توسعه هستند که از این روش‌های مختلف استفاده می‌کنند: AMT-130 (uniQure)، ALN-HTT2 (Alnylam)، و V0659 (Vico) هر دو HTT کامل و HTT1a را هدف قرار می‌دهند، در حالی که تومینرسن (Roche)، ووتوپلام (Novartis)، و SKY-0515 (Skyhawk) احتمالاً فقط HTT کامل را هدف قرار می‌دهند. تومینرسن تنها درمان کاهش‌دهنده HTT است که در یک کارآزمایی بالینی پیشرفته (فاز ۳) ارزیابی شده است؛ این دارو هیچ فایده‌ای نشان نداد، اما این ممکن است هیچ ارتباطی با HTT1a نداشته باشد.

چه چیزی بررسی شد؟

مطالعه‌ای که ماه گذشته منتشر شد، بررسی می‌کند که آیا siRNAs که رونویس‌های HTT کامل یا HTT1a را هدف قرار می‌دهند، می‌توانند علائم را در موش‌های HD بهبود بخشند، و اینکه آیا هدف قرار دادن یکی، دیگری یا هر دو بهترین عملکرد را دارد. در مطالعه‌ای قبلی توسط همین محققان، آن‌ها سطوح این پیام‌های ژنتیکی را با تغییر ژنتیکی موش‌ها کاهش دادند. با این حال، استفاده از یک داروی تزریقی پتانسیل بیشتری برای انطباق با کاربرد واقعی در انسان دارد.

محققان دو siRNA طراحی کردند – یکی که HTT کامل را هدف قرار می‌دهد و دیگری HTT1a را. پس از تأیید عملکرد این siRNAs، آن‌ها را به مغز موش‌های HD تزریق کردند. در تحقیقات HD، انواع مختلفی از موش‌های HD بسته به ویژگی‌هایی که دارند استفاده می‌شوند. موشی که آن‌ها در این مطالعه استفاده کردند، برخی از ویژگی‌های HD را دارد که با گذشت زمان پیشرفت می‌کنند، مانند ظاهر توده‌های HTT، به ویژه در هسته سلول‌های مغزی، و اختلال در نحوه روشن و خاموش شدن شبکه‌های ژنی. برای ارزیابی اثربخشی این رویکرد، محققان یک مطالعه مداخله‌ای طراحی کردند و موش‌ها را به سه گروه اصلی تقسیم کردند:

• گروه اولیه: در مراحل بسیار اولیه بیماری (۲ ماهگی) تزریق شدند و در زمان بدتر شدن علائم (۶ ماهگی) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.
• گروه دوگانه: در مراحل اولیه و میانی بیماری (۲ و ۶ ماهگی) تزریق شدند و در اوج علائم (۱۰ ماهگی) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.
• گروه دیررس: در مرحله میانی بیماری (۶ ماهگی) تزریق شدند و در اوج علائم (۱۰ ماهگی) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.

این گروه‌ها با هم مقایسه شدند تا مشخص شود که آیا درمان زودهنگام، درمان دیرتر، یا دوزهای مکرر منجر به نتایج بهتری می‌شود.

برجسته کردن هیپوکامپ

پس از تزریق siRNAهای طراحی شده برای هدف قرار دادن Htt کامل یا Htt1a به هر گروه از موش‌ها، آن‌ها چندین ماه صبر کردند و مقدار پروتئین HTT و HTT1a را در قسمت‌های مختلف مغز اندازه‌گیری کردند. در مقایسه با موش‌های درمان‌نشده، آن‌ها دریافتند که هر دو در هیپوکامپ، بخشی از مغز که مسئول احساسات و حافظه است، مؤثرتر بودند.

این معمولاً جایی نیست که پاتولوژی HD مورد مطالعه قرار می‌گیرد؛ تحقیقات معمولاً بر روی استریاتوم متمرکز است که عمدتاً کنترل عملکردهای حرکتی و اجرایی را بر عهده دارد. اگرچه محققان استریاتوم را نیز بررسی کردند، اما تنها کاهش‌های متوسطی در HTT و عدم تغییر در سطوح HTT1a مشاهده کردند. اما HD کل مغز را تحت تأثیر قرار می‌دهد، و دانشمندان اغلب داده‌ها را هر جا که آن‌ها را ببرد دنبال می‌کنند! از آنجا که یافته‌های آن‌ها به هیپوکامپ منجر شد، این بخش به کانون توجه برای بقیه مطالعه تبدیل شد.

در حالی که هر دو siRNA پروتئین را در هیپوکامپ کاهش دادند، هدف قرار دادن Htt1a یک مزیت اضافی داشت: تجمع پروتئین HTT را به تأخیر انداخت. توده‌های کمتری تشکیل شد، و برای موش‌های گروه درمان دوگانه، توده‌ها در هسته اصلاً ظاهر نشدند. به طور کلی، به نظر می‌رسید که فقط درمان HTT1a هم مقدار و هم شدت تجمع پروتئین‌های سمی را در هیپوکامپ کاهش می‌دهد.

هر دو درمان تأثیر مثبتی بر فعالیت ژنی مرتبط با HD در موش‌های گروه‌های اولیه و دوگانه داشتند، اگرچه siRNA Htt1a تأثیر بارزتری داشت. با این حال، گروه دیررس فایده کمی از درمان نشان داد و برخی علائم بیماری حتی ممکن است بدتر شده باشند. به طور کلی، نتایج نشان می‌دهد که این رویکرد در صورت شروع زودهنگام بهترین عملکرد را دارد و اگر دیرتر در پیشرفت بیماری آغاز شود، کمتر مؤثر به نظر می‌رسد.

چرا این مهم است؟

این مطالعه نشان می‌دهد که نحوه دخالت پروتئین‌های HTT کامل و HTT1a در تشکیل توده‌های HTT پیچیده است و می‌تواند بسته به نوع سلول مغزی درگیر (هیپوکامپ در مقابل استریاتوم) متفاوت باشد. با این حال، بیشتر مزایای مشاهده شده در آزمایش‌های انجام شده از کاهش HTT1a ناشی می‌شود، که باید هنگام طراحی درمان‌های HD مورد توجه قرار گیرد. به طور کلی، این نشان می‌دهد که درمان‌های آینده ممکن است در صورتی بهترین عملکرد را داشته باشند که هم HTT و هم HTT1a را کاهش دهند، یا اگر به طور خاص برای هدف قرار دادن HTT1a در انسان طراحی شوند.

خلاصه

• در HD، RNA معیوب می‌تواند هم پروتئین هانتینگتین کامل و هم نسخه کوتاه‌تر و سمی‌تر به نام HTT1a را تولید کند که به سمیت HTT و شروع علائم کمک می‌کند.
• در این مطالعه، محققان درمان‌های siRNA را توسعه دادند که سطوح HTT و HTT1a را در مغز موش‌ها کاهش داد، تجمع پروتئین سمی را کم کرد و فعالیت غیرطبیعی ژن HD را بهبود بخشید.
• هدف قرار دادن HTT1a مؤثرتر از هدف قرار دادن HTT کامل بود.
• به طور کلی، نتایج نشان می‌دهد که کاهش HTT1a مهم است، و درمان‌های آینده ممکن است با هدف قرار دادن مستقیم HTT1a یا هر دو HTT و HTT1a با هم، بهترین عملکرد را داشته باشند.