L’editing genetico estende la durata della vita in un modello murino di malattia da prioni

Al momento non esiste una cura per la malattia da prioni e il nuovo approccio potrebbe rappresentare un passo importante verso trattamenti che prevengano la malattia o ne rallentino la progressione nei pazienti che hanno già sviluppato i sintomi. Un approccio di modifica di base potrebbe anche essere probabilmente un trattamento una tantum per tutti i pazienti affetti da malattia da prioni, indipendentemente dalla mutazione genetica che causa la loro malattia.

Il lavoro, condotto dai leader senior del Broad Group Sonia Vallabh ed Eric Minikel, nonché dal membro del Broad core Institute David Liu, è la prima dimostrazione che l’abbassamento dei livelli della proteina prionica migliora la durata della vita negli animali che sono stati infettati con una versione umana della proteina prionica. proteina. I risultati appaiono in Medicina della natura.

“Come scienziato paziente, penso spesso a quanto siamo fortunati ad affrontare questo problema adesso”, ha detto Vallabh. “Quando ho ricevuto il mio rapporto sul test genetico nel 2011, il mondo non aveva mai sentito parlare di editing di base. È un enorme privilegio avere l’opportunità di puntare questi nuovi potenti strumenti sulla nostra malattia.”

“È stato incredibile unire i nostri modelli di malattia con questa tecnologia di modifica genetica”, ha affermato Minikel.

“Il nostro laboratorio è molto fortunato ad avere l’opportunità di lavorare con Eric e Sonia, che hanno apportato un’enorme competenza, rigore scientifico e totale dedizione a questa collaborazione”, ha affermato Liu, professore Richard Merkin e direttore del Merkin Institute of Transformative Technologies. in Sanità al Broad. “Siamo fiduciosi che i risultati possano informare il futuro sviluppo di un trattamento una tantum per questa importante classe di malattie”.

Meirui An e Jessie Davis, entrambi studenti laureati nel laboratorio di Liu al momento del progetto, sono i primi autori dello studio.

“La malattia da prioni ha molte origini diverse – alcune sono genetiche, alcune si verificano spontaneamente e altre derivano da infezioni – ma crediamo che questa strategia di editing di base possa essere applicata a tutte queste forme di malattia da prioni”, ha detto An. “Questa ha il potenziale per essere una strategia davvero promettente.”

Una strategia attesa da tempo

Vallabh e Minikel studiano la malattia da prioni dal 2012, dopo che la madre di Vallabh morì a causa di una forma della malattia chiamata insonnia familiare fatale e Vallabh scoprì di aver ereditato la mutazione che causa la malattia. Il team, formato da moglie e marito, ha avviato un laboratorio al Broad con un obiettivo unico: prevenire e curare la malattia da prioni nel corso della loro vita.

Non molto tempo dopo lo sviluppo dell’editing genetico CRISPR-Cas9 nel 2013, Vallabh e Minikel hanno iniziato a pensare se CRISPR potesse essere utilizzato per interrompere il gene che codifica per la proteina prionica. Minikel ricorda di aver pensato: “C’è qualcosa di veramente promettente lì. Dovremmo essere in grado di farci qualcosa”.

Nel 2018, Liu, che lavora allo stesso piano di Minikel e Vallabh al Broad, si è avvicinato a loro e ha proposto una collaborazione. Il suo laboratorio aveva appena sviluppato l’editing di base, un approccio di modifica genetica che apporta cambiamenti di singole lettere nel DNA e può arrestare la produzione di proteine ​​utilizzando strategie che includono l’installazione di un segnale di “stop” nel codice genetico.

Vallabh e Minikel sapevano, studiando i database della popolazione come il Genome Aggregation Database (gnomAD), che R37X, una mutazione naturale nel gene del prione, riduceva i livelli proteici senza effetti collaterali dannosi nelle persone. Ciò ha dato loro la speranza che l’installazione della stessa mutazione utilizzando l’editing di base potesse essere protettiva contro la malattia.

“Ci siamo resi conto che era un’occasione d’oro per utilizzare la genetica umana per informare l’editing di base”, ha detto Minikel.

Consegna del cervello

Nel nuovo studio, il team ha dimostrato che un editor di base ha installato la modifica R37X nelle cellule umane in modo efficiente e con pochi sottoprodotti indesiderati. Ma i ricercatori dovevano consegnare gli editori di base al cervello.

Basandosi sul lavoro precedente del laboratorio di ingegneria vettoriale di Ben Deverman al Broad, il team ha sviluppato una coppia di virus adeno-associati (AAV) per impacchettare e fornire il meccanismo di modifica delle basi alle cellule cerebrali. Hanno poi somministrato gli AAV ai topi infettati con la proteina prionica umana.

In media, il sistema ha installato la modifica R37X nel 37% delle copie del gene, riducendo i livelli della proteina prionica del 50% rispetto ai topi senza trattamento. Inoltre i topi vivevano circa il 50% in più.

Gli scienziati hanno apportato una serie di miglioramenti al loro sistema per aumentare l’efficienza dell’editing e limitare la consegna ad altri tessuti. Con il loro sistema migliorato, hanno osservato livelli di proteina prionica inferiori del 63% con una dose di AAV sei volte inferiore.

In futuro, il team spera di ridurre le dimensioni del carico di modifica della base, poiché la produzione di doppi AAV può essere costosa. Hanno inoltre in programma di sviluppare una strategia che utilizzi il prime editing – che può installare modifiche del DNA più complicate rispetto a quelle a base singola – per installare una mutazione protettiva che non interrompa la produzione di proteine ​​ma piuttosto garantisca che la proteina prionica stessa sia benigna.

“C’è ancora molta strada da fare per rendere questa una terapia”, ha detto Minikel. “Ma è davvero emozionante vedere quanto è possibile.”

Questo lavoro è stato sostenuto in parte dal National Institutes of Health, dalla Prion Alliance e dall’Howard Hughes Medical Institute.