Gentystnad minskar dramatiskt kolesterol hos möss; inga genetiska modifieringar krävs

Med en enda injektion har forskare dramatiskt minskat kolesterolnivåerna hos möss. Behandlingen varade minst hälften av deras liv.

Injektionen kan verka som genredigering, men det är den inte. Istället förlitar den sig på en lovande metod för att kontrollera genaktivitet, utan att direkt ändra bokstäverna i DNA. Tekniken, som kallas “epigenetisk redigering”, riktar sig mot det molekylära maskineriet som slår på eller av gener.

Istället för att skriva om genetiska bokstäver, vilket kan leda till oönskade DNA-utbyten, kan epigenetisk redigering potentiellt vara säkrare eftersom den lämnar cellens ursprungliga DNA-sekvenser intakta. Forskare har länge betraktat metoden som ett alternativ till CRISPR-baserad redigering för att kontrollera genaktivitet. Men hittills har det bara visat sig fungera i celler som odlas i petriskålar.

Den nya studien, publicerad denna vecka i Natur, är ett första bevis på att strategin även fungerar inuti kroppen. Med en enda dos av den epigenetiska editorn infunderad i blodomloppet, sjönk mössens kolesterolnivåer snabbt och förblev låga i nästan ett år utan märkbara biverkningar.

Högt kolesterol är en viktig riskfaktor för hjärtinfarkt, stroke och blodkärlssjukdomar. Miljontals människor är beroende av daglig medicinering för att hålla sina nivåer under kontroll, ofta i år eller till och med årtionden. En enkel, långvarig injektion kan vara livsförändrande.

“Fördelen här är att det är en engångsbehandling, istället för att ta piller varje dag”, säger studieförfattaren Dr Angelo Lombardo från San Raffaele Scientific Institute. Natur.

Utöver kolesterol visar resultaten potentialen hos epigenetisk redigering som ett kraftfullt framväxande verktyg för att ta itu med ett brett spektrum av sjukdomar, inklusive cancer.

För Dr Henriette O’Geen vid University of California, Davis, är det “början på en era där vi måste sluta skära DNA” men fortsätta tysta sjukdomsframkallande gener, vilket banar väg för en ny familj av botemedel.

Nivå upp

Genredigering revolutionerar den biomedicinska vetenskapen, med CRISPR-Cas9 ledande. Under de senaste månaderna har Storbritannien och USA gett grönt ljus till en CRISPR-baserad genredigeringsterapi för sicklecellanemi och beta-talassemi.

Dessa terapier fungerar genom att ersätta en dysfunktionell gen med en frisk version. Även om det är effektivt, kräver detta skärning av DNA-strängar, vilket kan leda till oväntade skärningar i andra delar av genomet. Vissa har till och med kallat CRISPR-Cas9 för en form av “genomisk vandalism”.

Epigenome-redigering undviker dessa problem.

Epigenetik, som bokstavligen betyder “ovanför” genomet, är den process genom vilken celler kontrollerar genuttryck. Det är så celler bildar olika identiteter (blir till exempel hjärn-, lever- eller hjärtceller) under tidig utveckling, trots att alla celler har samma genetiska ritning. Epigenetik kopplar också miljöfaktorer, såsom kost, till genuttryck genom att flexibelt kontrollera genaktiviteten.

Allt detta är baserat på otaliga kemiska “taggar” som markerar våra gener. Varje tagg har en specifik funktion. Metylering, till exempel, stänger av en gen. Liksom klisterlappar kan taggar enkelt läggas till eller tas bort med hjälp av utsedda proteiner, utan att mutera DNA-sekvenser, vilket gör dem till ett spännande sätt att manipulera genuttryck.

Tyvärr kan epigenomets flexibilitet också vara dess undergång när man utformar långtidsbehandling.

När celler delar sig behåller de allt sitt DNA, inklusive de redigerade förändringarna. Emellertid tas epigenetiska taggar ofta bort, vilket gör att nya celler kan börja från början. Det är inte lika problematiskt i celler som normalt inte delar sig när de är mogna (till exempel neuroner). Men när det gäller celler som ständigt förnyar sig, som de i levern, kan all epigenetisk redigering snabbt minska.

Forskare har länge diskuterat om epigenetisk redigering är tillräckligt hållbar för att fungera som en drog. Den nya studien åtgärdade problemet genom att fokusera på en gen som uttrycks starkt i levern.

Lagarbete

Lär dig om PCSK9, ett protein som håller lågdensitetslipoprotein (LDL), eller “dåligt kolesterol”, under kontroll. Dess gen har länge varit i rampljuset för att sänka kolesterolet i läkemedels- och genredigeringsstudier, vilket gör den till ett perfekt mål för epigenetisk kontroll.

“Det är en välkänd gen som måste stängas av för att sänka kolesterolet i blodet,” sa Lombardo.

Det slutliga målet är att artificiellt metylera genen och på så sätt tysta den. Teamet vände sig först till en familj av designermolekyler som kallas zinkfingerproteiner. Innan tillkomsten av CRISPR-baserade verktyg var dessa favoriterna för att manipulera genaktivitet.

Zinkfingerproteiner kan utformas för att specifikt rikta in sig på genetiska sekvenser som en blodhund. Efter att ha undersökt många möjligheter hittade teamet en effektiv kandidat som specifikt riktar sig mot PCSK9 i leverceller. De kopplade sedan denna “bärare” till tre proteinfragment som samarbetar för att metylera DNA.

Fragmenten inspirerades av en grupp naturliga epigenetiska redaktörer som kommer till liv under tidig embryoutveckling. Vårt genom, reliker från tidigare infektioner, har spridit virussekvenser som överförs från generation till generation. Metylering tystar detta virala genetiska “skräp”, vars effekter ofta varar livet ut. Med andra ord har naturen redan skapat en hållbar epigenetisk redaktör, och teamet drog fördel av dess geniala lösning.

För att leverera redaktören kodade forskarna proteinsekvenserna till en enda designer-mRNA-sekvens, som celler kan använda för att göra nya kopior av proteinerna, som i mRNA-vacciner, och kapslade in dem i en anpassad nanopartikel. När de väl injicerades i möss nådde nanopartiklarna levern och släppte sina nyttolaster. Leverceller anpassade sig snabbt till den nya ordningen och producerade proteiner som hämmade PCSK9-uttryck.

På bara två månader minskade mössens PCSK9-proteinnivåer med 75 procent. Djurens kolesterol minskade också snabbt och förblev lågt fram till slutet av studien, nästan ett år senare. Den faktiska varaktigheten kan vara mycket längre.

Till skillnad från genredigering är strategin hit and run, förklarade Lombardo. De epigenetiska redaktörerna stannade inte inne i cellen, men deras terapeutiska effekter kvarstod.

Som ett stresstest utförde teamet ett kirurgiskt ingrepp som fick leverceller att dela sig. Detta kan eventuellt radera redigeringen. Men de fann att det varade i flera generationer, vilket tyder på att de redigerade cellerna bildade ett slags “minne” som är ärftligt.

Det är okänt om dessa bestående resultat skulle översättas till människor. Vi har en mycket längre förväntad livslängd jämfört med möss och kan behöva flera injektioner. Specifika aspekter av den epigenetiska editorn måste också omarbetas för att bättre anpassa dem till mänskliga gener.

Samtidigt har andra försök att minska höga kolesterolnivåer genom basredigering (en typ av genredigering) redan visat lovande i en liten klinisk prövning.

Men studien lägger till det växande fältet av epigenetiska redaktörer. Ungefär ett dussin startups fokuserar på strategin att utveckla terapier för ett brett spektrum av sjukdomar, och en är redan i kliniska prövningar för att bekämpa envis cancer.

Såvitt de vet tror forskare att detta är första gången någon har visat att ett enda tillvägagångssätt kan leda till långvariga epigenetiska effekter hos levande djur, sa Lombardo. “Det öppnar upp möjligheten att använda plattformen bredare.”

Bildkredit: Google DeepMind / Unsplash

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *