Badania prowadzone w Laboratorium Terapii Genowej UAM wskazują na znaczny postęp w opracowaniu terapii choroby zwanej zespołem drżenia i ataksji, związanym z łamliwym chromosomem X. To ważny krok w walce z jedną z najczęstszych chorób neurodegeneracyjnych u ludzi.  Prof. Krzysztof Sobczak, szef poznańskiego zespołu badawczego  spodziewa się, że jeszcze latem wyniki  ich najnowszych badań zostaną opublikowane w renomowanym czasopiśmie naukowym.

Prof. Krzysztof Sobczak od lat przewodzi LTG. Wcześniej pracował w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN, a na staż podoktorski wybrał się do Stanów Zjednoczonych. Tam, na uniwersytecie w Rochester, przez 3,5 roku pracował pod kierunkiem profesora Charlesa Thorntona, który był jednym z pionierów koncepcji toksycznych cząsteczek RNA, odpowiedzialnych za rozwój pewnych genetycznych chorób neurologicznych. Fascynacja tematem przejawia się w pracy kierownika Laboratorium Terapii Genowej i dzisiaj. To niezwykle ważna jednostka w walce z chorobami neurodegeneracyjnymi.

– Część osób w laboratorium zajmuje się ściśle terapią genową, która zakłada, że do organizmu wprowadzany jest nowy kwas nukleinowy, mający albo powodować zaspokojenie potrzeb komórek na produkt genu, którego w nich nie ma albo doprowadzić do korekty wadliwego metabolizmu produktów zmutowanego genu – mówi prof. Krzysztof Sobczak. –  W przypadku chorób genetycznych, które powodowane są mutacją genu i brakiem białka pochodzącego z tego genu, możemy zastosować sposób, który polega na jego sztucznym stworzeniu oraz wprowadzeniu do organizmu lub komórek.

Jak mówi profesor, w ramach terapii genowej mieszczą się również interwencje, które w jego laboratorium są rozwijane od wielu lat. To działania, w trakcie których wprowadzany jest nowy kwas nukleinowy albo jego analog, mający spowodować korektę działania zmutowanej wersji genu.  Naukowcy, stosując strategię antysensowych oligonukleotydów, wprowadzają do organizmu bardzo krótkie, zmodyfikowane chemicznie kwasy nukleinowe. Wnikają one do komórek i tam, gdzie występuje wadliwy produkt genu, jego toksyczny efekt może być częściowo zniesiony.

– Takie podejście stosujemy głównie w monogenowych chorobach genetycznych, gdzie jeden wadliwy, zmutowany gen odpowiedzialny jest za rozwój choroby. Tak jest choćby w przypadku genu odpowiedzialnego za chorobę Huntingtona – wyjaśnia prof. Sobczak. – Zajmowaliśmy się nią przed laty. Teraz w swojej pracy skupiamy się nad innymi genetycznymi chorobami neurodegeneracyjnymi, wywołanymi podobnym i nietypowym rodzajem mutacji, jakimi są ekspansje powtórzeń trójnukleotydowych.

Jedną z chorób, nad jakimi obecnie pracują uczeni w LTG, jest dystrofia miotoniczna – choroba mięśni i centralnego układu nerwowego. Innymi są dwie różne choroby występujące u nosicieli mutacji w tym samym genie zlokalizowanym w chromosomie X – zespół łamliwego chromosomu X oraz zespół drżenia i ataksji, związany z łamliwym chromosomem X. Ta ostatnia postać choroby ma dziś w badaniach poznaniaków priorytet i to jej poświęcona jest praca międzynarodowego zespołu, która jest teraz na ostatnim etapie recenzji i niebawem ma zostać opublikowana na łamach Nature Communications. 

Profesor Sobczak tłumaczy, że mutacje w chorobach, o których piszemy, zlokalizowane są w obszarach genów niepodlegających translacji (czyli przepisaniu na kodowane białko), co przed laty było wielkim wyzwaniem dla wielu naukowców, próbujących zrozumieć molekularne podstawy tych chorób.

Jedną z pierwszych osób, która to opisała przed 20 laty, był prof. Charles Thornton, szef naszego rozmówcy z czasów, gdy przez kilka lat pracował w USA. To on był jednym z pionierów koncepcji toksycznych cząsteczek RNA.  Cząsteczek, które niosą mutację i nie są przepisywane na zmutowane białka, ale wywierają silny negatywny wpływ na biologię komórki. Takim przykładem według prof. Krzysztofa Sobczaka może być dystrofia miotoniczna, gdzie mamy do czynienia z tzw. sekwestracją białek na toksycznych RNA. Oznacza to ni mniej ni więcej, że region RNA, który niesie mutację, powoduje wychwytywanie ze środowiska pewnej grupy białek ważnych w biologii setek RNA. Białka te powinny być swobodnie rozproszone w nukleoplazmie jądra komórkowego i tam efektywnie działać, podczas gdy w dystrofii miotonicznej wiążą się one z toksycznym RNA i wspólnie agregują w niewielkich skupiskach.

– Mówimy, że jest on toksyczny, bo działa jak odkurzacz – wyjaśnia profesor. –  Wychwytuje białka i lokalizuje je na swojej powierzchni. Kilkanaście toksycznych cząsteczek RNA może związać kilka tysięcy cząsteczek białka, przez co nie mogą one dalej pełnić swojej funkcji.  W swoich badaniach staramy się znaleźć drogę do zniesienia tego patogennego efektu. Wynikiem tych badań jest praca, jaką w ramach europejskiego grantu napisaliśmy razem z kolegami z Magdeburga.  Dotąd eksperymentalne terapie genowe, możliwe do zastosowania w centralnym układzie nerwowym, można policzyć na palcach jednej ręki. My, w trakcie swojej pracy badawczej, podawaliśmy do płynu mózgowo-rdzeniowego antysensowe oligonukleotydy, które wiążąc się z cząsteczkami RNA niosącymi mutację, częściowo znoszą ich toksyczny charakter, który leży u podstaw rozwoju zespołu drżenia i ataksji. 

Czytaj też: Koronawirus. Szukając przeciwciał

Elementem nowości w pracy zespołu było pokazanie, że nieznacznie zmodyfikowane, bardzo krótkie cząsteczki kwasów nukleinowych wnikają do komórek neuronalnych w takich ilościach, że wystarczają, by związać się z docelowymi cząsteczkami toksycznego RNA i wywołać efekt terapeutyczny. – Jednym z symptomów choroby jest nieprawidłowa koordynacja ruchowa u pacjentów, którzy często się potykają i przewracają – zauważa prof. Sobczak. – Testowaliśmy ten związek na transgenicznych myszach, będących modelem choroby, podawaliśmy go bezpośrednio do płynu mózgowo-rdzeniowego. Okazało się, że już po trzech miesiącach od rozpoczęcia interwencji terapeutycznej, mysz cechowała się całkowicie prawidłową koordynacją ruchową. Trzeba tu jednak zauważyć, że choroba, którą się zajmujemy, jest chorobą progresywną tzn. im dłużej człowiek żyje, tym więcej neuronów obumiera, a im więcej ich obumiera, tym większe są kłopoty zarówno z fizycznością pacjenta, jak i z jego psychiką. Pacjenci cierpią bowiem również często na spektrum autyzmu i towarzyszące choroby psychiczne, które mogą być związane z ubytkiem i nieprawidłowym działaniem wielu neuronów i innych komórek mózgu. W przypadku chorób neurodegeneracyjnych ten proces jest masowy. Im dłużej pacjent żyje, tym większe jest nagromadzenie dolegliwości neurologicznych, wynikających z obumierania neuronów. Po podaniu oligonukleotydów po 2-3 miesiącach obserwowaliśmy brak klasycznych symptomów właściwych dla tej choroby.

Choroby neurodegeneracyjne i neuromięśniowe, którymi zajmuje się zespół z UAM, powszechnie uważane są za nieuleczalne. Profesor, pytany, czy obecny stan badań pozwala stwierdzić, że pojawiło się światło w tunelu, odpowiada krótko: Jak najbardziej tak.