Новое исследование показало, что генная терапия может предотвратить или обратить вспять многие пагубные последствия синдрома Питта-Хопкинса.
Новое исследование, проведенное в лаборатории Центра неврологии Университета Северной Каролины под руководством доктора философии Бена Филпота, показало, что восстановление утраченной активности генов предотвращает появление многих признаков болезни на животной модели синдрома Питта-Хопкинса, редкого нарушения развития нервной системы с участием одного гена.
Синдром Питта-Хопкинса является редким генетическим заболеванием, вызванным мутацией гена TCF4 на хромосоме 18. Синдром Питта-Хопкинса характеризуется задержкой развития, потенциальными респираторными проблемами, такими как эпизодическая гипервентиляция и/или задержка дыхания во время бодрствования, повторяющиеся судороги/ эпилепсия, желудочно-кишечные расстройства, отсутствие речи и отличительные черты лица. Дети с диагнозом синдром Питта-Хопкинса часто имеют счастливое и живое настроение, часто улыбаются и смеются.
Распространенность аутизма
Распространенность синдрома Питта-Хопкинса среди населения в целом неясна. Однако по некоторым оценкам частота синдрома Питта-Хопкинса составляет от 1 на 34 000 до 1 на 41 000. Расстройство поражает как мужчин, так и женщин и не ограничивается одной этнической группой.
Синдром Питта Хопкинса классифицируется как расстройство аутистического спектра, и у некоторых людей с ним диагностируют аутизм, «атипичные» аутистические характеристики и/или дисфункцию сенсорной интеграции. Многие исследователи считают, что лечение синдрома Питта-Хопкинса приведет к лечению подобных расстройств из-за его генетической связи с аутизмом и другими состояниями.
Исследователи из Медицинской школы Университета Северной Каролины впервые показали, что постнатальная генная терапия может предотвратить или обратить вспять многие негативные последствия синдрома Питта-Хопкинса, редкого генетического заболевания. Серьезная задержка развития, умственная отсталость, респираторные и двигательные нарушения, тревога, эпилепсия и умеренные, но отчетливые лицевые аномалии — все это симптомы этого расстройства аутистического спектра.
Ученые, опубликовавшие свои выводы в журнале eLife, создали экспериментальную технику, подобную генной терапии, для восстановления нормальной функции гена с дефицитом у людей с синдромом Питта-Хопкинса. Лекарство предотвращало появление признаков заболевания, таких как тревожное поведение, нарушения памяти и аномальные паттерны экспрессии генов в пораженных клетках мозга у новорожденных мышей, которые в противном случае моделировали бы синдром.
«Эта первая, подтверждающая принцип демонстрация предполагает, что восстановление нормальных уровней гена синдрома Питта-Хопкинса является жизнеспособной терапией синдрома Питта-Хопкинса, который в противном случае не имеет специфического лечения», — сказал старший автор Бен Филпот, доктор философии Кенан, заслуженный профессор клеточной биологии и физиологии Медицинской школы Университета Северной Каролины и заместитель директора Центра нейробиологии Университета Северной Каролины.
Изображение среза головного мозга: белок Cre (зеленый), доставленный в клетки в качестве генной терапии через AAV. Предоставлено: Philpot Lab (Медицинская школа UNC).
Большинство генов наследуются парами, одна копия от матери и одна от отца. Синдром Питта-Хопкинса возникает у ребенка, когда одна копия гена TCF4 отсутствует или мутирована, что приводит к недостаточному уровню белка TCF4. Как правило, эта делеция или мутация происходит спонтанно в родительской яйцеклетке или сперматозоиде до зачатия или на самых ранних стадиях эмбриональной жизни после зачатия.
С момента первого описания австралийскими исследователями в 1978 году во всем мире было зарегистрировано всего около 500 случаев этого синдрома. Но никто не знает истинной распространенности синдрома; по некоторым оценкам, только в Соединенных Штатах может быть более 10 000 случаев заболевания.
Поскольку TCF4 является геном «фактора транскрипции», главным переключателем, который контролирует активность по крайней мере сотен других генов, его нарушение с самого начала развития приводит к многочисленным аномалиям развития. В принципе, предотвращение этих аномалий путем восстановления нормальной экспрессии TCF4 как можно раньше является лучшей стратегией лечения, но она еще не проверена.
Команда Филпота, возглавляемая первым автором Хёджин (Салли) Ким, доктором философии, аспирантом лаборатории Филпота во время исследования, разработала мышиную модель синдрома Питта-Хопкинса, в которой уровень мышиной версии TCF4 может быть надежно вдвое. Эта модель мыши показала много типичных признаков расстройства. Восстановление полной активности гена с начала эмбриональной жизни полностью предотвратило эти признаки. Исследователи также обнаружили в этих первоначальных экспериментах доказательства того, что активность генов необходимо восстановить практически во всех типах нейронов, чтобы предотвратить появление симптомов Питта-Хопкинса.
Результаты эксперимента
Затем исследователи организовали эксперимент для проверки концепции, моделирующий реальную стратегию генной терапии. У сконструированных мышей, у которых примерно половина экспрессии мышиной версии Tcf4 была отключена, исследователи использовали вирусный фермент, чтобы снова включить отсутствующую экспрессию в нейронах сразу после рождения мышей. Анализы мозга показали восстановление активности в течение следующих нескольких недель.
Несмотря на то, что у обработанных мышей мозг и тело были умеренно меньше по сравнению с нормальными мышами, у них не развились многие из аномальных поведений, наблюдаемых у необработанных мышей модели Питта-Хопкинса. Исключение составляло врожденное поведение при строительстве гнезда, при котором обработанные мыши сначала казались ненормальными, хотя их способности восстанавливались до нормы в течение нескольких недель.
Лечение, по крайней мере, частично обратило вспять две другие аномалии, наблюдаемые у необработанных мышей: измененные уровни генов, регулируемых TCF4, и измененные паттерны активности нейронов, измеренные в записях электроэнцефалограммы (ЭЭГ).
- «Эти результаты дают надежду на то, что будущая генная терапия принесет значительные преимущества людям с синдромом Питта-Хопкинса, даже если родится после рождения; это не потребует диагностики и лечения в утробе матери», — сказал Ким.
- Филпот и его лаборатория теперь планируют изучить эффективность своей стратегии применительно к мышам Питта-Хопкинса на более поздних стадиях жизни. Они также планируют разработать экспериментальную генную терапию, при которой сам ген TCF4 человека будет доставлен вирусом в модель мыши Питта-Хопкинса — терапию, которая в конечном итоге может быть испытана на детях с синдромом Питта-Хопкинса.
- «Мы будем работать над генной терапией, но наши результаты показывают, что существуют другие подходы к восстановлению TCF4, которые могут сработать, в том числе методы лечения, повышающие активность оставшейся хорошей копии TCF4», — сказал Филпот.
- Исследование было поддержано грантом Энн Д. Борнштейн от Исследовательского фонда Питта-Хопкинса, Национального института неврологических расстройств и инсульта (R01NS114086), Эстонского исследовательского совета и Центра орфанных заболеваний при Медицинской школе Перельмана при университете. Пенсильвании (MDBR-21-105-Питт Хопкинс).