Повышение уровня ключевого белка мозга может помочь в лечении синдрома Ретта

«Синдром Ретта — это редкое генетическое заболевание, связанное с развитием нервной системы, которое вызывает регресс в развитии, как правило, через 6–18 месяцев нормального роста, что приводит к серьезным нарушениям моторики, речи и общения», — сказал автор-корреспондент доктор Худа Зогби, директор Национального института Дункана, заслуженный профессор в Бэйлоре и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. «Это расстройство в первую очередь поражает девочек: примерно 1 из 10 000 живорождений».

Как мутации MECP2 нарушают работу мозга

Синдром Ретта возникает в результате мутаций потери функции в МЕСР2 ген. Этот ген играет решающую роль в мозге, поскольку регулирует активность многих других генов, участвующих в неврологических процессах. Когда ген изменяется, полученный белок MeCP2 может полностью отсутствовать или неспособен нормально функционировать. В некоторых случаях мутантные формы MeCP2 производятся в меньших количествах или имеют пониженную способность связывать ДНК, что важно для выполнения ее роли в контроле активности генов.

Эксперименты на моделях мышей показали, что симптомы синдрома Ретта можно обратить вспять при определенных условиях. Когда здоровый белок MeCP2 вводится в мозг этих животных, их симптомы улучшаются. Исследователи также обнаружили, что увеличение количества частично функционального мутантного белка MeCP2 может привести к улучшению выживаемости, движения и проблем с дыханием у мышей.

«Это важно, потому что около 65% пациентов с синдромом Ретта имеют частично функциональный MeCP2, который либо имеет пониженное связывание с ДНК, либо менее распространен, чем обычно», — сказала первый автор Харини Тирумала, аспирант кафедры молекулярной и человеческой генетики в лаборатории Зогби. «Работая с моделями мышей и клетками, полученными от пациентов с синдромом Ретта, наше исследование обеспечивает доказательство концепции о том, что повышение уровня мутантного MeCP2 у пациентов с этим заболеванием может обеспечить терапевтический эффект».

Понимание вариантов белка MECP2

Разработка методов лечения, регулирующих уровни MeCP2, является сложной задачей, поскольку мозг требует, чтобы белок оставался в узком диапазоне. Слишком мало MeCP2 приводит к синдрому Ретта, а чрезмерное количество вызывает другое неврологическое расстройство, известное как МЕСР2 Синдром дублирования. Достижение правильного баланса было основным препятствием для развития терапии.

«Из предыдущих исследований мы знали, что мозг обычно вырабатывает две несколько разные версии белка MeCP2, известные как E1 и E2», — сказал Зогби. «Эти версии происходят от одного и того же гена, который обрабатывается одним способом для производства E1 и другим способом для производства E2».

Полезный способ представить этот процесс — представить ген как рецепт построения белка. Инструкция содержит четыре компонента: е1, е2, е3 и е4. Чтобы создать белок E1 MeCP2, клетки объединяют e1, e3 и e4. Для производства MeCP2 E2 клетки включают все четыре компонента, то есть сегмент e2 появляется только в версии E2. Мозг производит оба белка, но E1 является более распространенной формой.

«Мы также знали, что не было сообщений о пациентах с синдромом Ретта, несущих мутации белка E2. Только мутации, которые нарушают белок E1, вызывают это состояние», — сказал Тирумала. «Исследования на мышах подтверждают это наблюдение».

«В целом мы знали, что MeCP2-E2 отличается от MeCP2-E1 одним ингредиентом в гене, менее распространен, чем E1, не связан с синдромом Ретта и не необходим для функционирования MeCP2 в мозге», — сказал Тирумала. «Это привело нас к гипотезе, что указание клеткам мозга пропускать ингредиент e2 будет способствовать выработке большего количества белка MeCP2-E1 у пациентов с синдромом Ретта и улучшить исходы заболевания. Мы проверили нашу гипотезу на мышах и в клетках, полученных от пациентов с синдромом Ретта».

Увеличение белка MeCP2 в экспериментах

Чтобы проверить эту идею, ученые сначала удалили сегмент e2 из нормального тела. Mecp2 ген у мышей и исследовали, как это влияет на уровень белка и неврологические функции. Это изменение значительно увеличило производство MeCP2.

«Мы были рады обнаружить, что этот подход привел к увеличению уровня белка MeCP2 на 50–60% у нормальных мышей», — сказал Тирумала.

Затем команда применила ту же стратегию к клеткам, взятым у пациентов с синдромом Ретта, которые являются носителями МЕСР2 мутации, которые снижают уровень и активность белка. Удалив компонент e2 из мутантного гена, исследователи оценили реакцию клеток.

«Мы были рады видеть, что удаление ингредиента e2 увеличило выработку MeCP2», — сказал Тирумала. «Важно, что в зависимости от серьезности мутации эти клетки частично или полностью восстановили свою нормальную структуру, нормальную электрическую активность и способность регулировать уровни других генов».

Тестирование возможного терапевтического подхода

Исследователи также изучали, можно ли использовать препарат для блокировки сегмента e2 и увеличения производства MeCP2.

«Мы проверили ценность морфолино для увеличения выработки белка MeCP2 на мышах», — сказал Тирумала. «Морфолино — это синтетические молекулы, предназначенные в данном случае для предотвращения выработки белка MeCP2-E2 путем блокирования доступа к ингредиенту e2», — сказал Тирумала. «Было интересно увидеть, что наши морфолино значительно увеличили уровень белка MeCP2 у мышей».

«Наша работа закладывает основу и предоставляет доклинические данные для терапевтического подхода к синдрому Ретта, который увеличивает MeCP2 и обеспечивает функциональное улучшение», — сказал Зогби. «Хотя морфолино сами по себе не подходят из-за их токсичности, аналогичные стратегии, такие как терапия антисмысловыми олигонуклеотидами, уже используемая при других заболеваниях, потенциально могут быть разработаны для лечения синдрома Ретта».

Авторы исследования и финансирование

В исследование также внесли свой вклад Ли Ван, Ян Ли, Самир С. Баджикар, Эшли Г. Андерсон, Вэй Ван, Александр Дж. Тростл, Махла Захабион, Александр Баджич, Жан Дж. Ким, Ху Чен и Чжандун Лю. Во время исследования все они были связаны с Медицинским колледжем Бэйлора и NRI Дункана, хотя некоторые с тех пор перешли в такие учреждения, как Стэнфордский университет, Университет Вирджинии и Юго-западный медицинский центр UT в Далласе.

Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения (гранты 5R01NS057819, P30 CA125123 и S10OD028591), Медицинским институтом Говарда Хьюза, Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (F32NS122920), Фондом Генри Энгеля и Национальным институтом здоровья детей и развития человека Юнис Кеннеди Шрайвер. (P50HD103555).