ניוון שרירים דושן היא הצורה הנפוצה ביותר של ניוון שרירים המופיע מוקדם; נערים רבים נעשים כבולים בכיסא גלגלים בשנות העשרה לחייהם ומתים בשנות העשרים לחייהם. אנשים עם ניוון שרירים בחגורת הגפיים חווים חולשה ובזבוז בשרירי הכתף, הירך והירך, ולעתים קרובות מתקשים לעמוד, לזוז ולבצע מטלות יומיומיות.
"תרפיה גנטית היא כלי רב עוצמה להעברת עותק גנים בריא בחזרה לתאי המטופל כדי לתקן מחלות גנטיות, אך הוקטורים המשמשים להעברת מידע זה הם קטנים, מה שמנע עד כה את השימוש בהם לטיפול בשורה שלמה של מחלות הנגרמות על ידי מוטציות בגנים גדולים", אמר דאגלס מ. אנדרסון, דוקטורט, מחבר המחקר הראשי ועוזר פרופסור לרפואה במכון המחקר הלב וכלי הדם Aab בבית הספר לרפואה ורפואת שיניים של אוניברסיטת רוצ'סטר. (SMD). "במקום לספק את הגן המלא בוקטור בודד, דבר שאינו אפשרי, פיתחנו מערכת וקטורית כפולה יעילה שבה שני חצאי גן מועברים בנפרד אך מתאחדים כדי ליצור מחדש את ה-mRNA הגדול ברקמות המושפעות".
הטכנולוגיה נבעה לראשונה מתצפית סתמית שנעשתה במעבדה לפני מספר שנים, שכאשר שני mRNA נפרדים נחתכו על ידי רצפי RNA קטנים הנקראים ריבוזימים, הם נקשרו בצורה חלקה (הצטרפו) ותורגמו לחלבון באורך מלא. הצוות מצא שכאשר ריבוזימים מבקעים או חותכים RNA, הם משאירים קצוות המוכרים על ידי מסלול תיקון טבעי.
"בדומה כאשר משתמשים באנזימי CRISPR לחיתוך DNA, אנזימי CRISPR הם רק המספריים, ואנזימי התיקון הטבעיים של התא מדביקים את ה-DNA בחזרה", ציין אנדרסון, שהוא גם חבר במרכז לאוניברסיטת רוצ'סטר. ביולוגיה של RNA. "אנחנו חושבים שמשהו דומה קורה כאן, אבל עבור רנ"א. הריבוזימים פועלים כמספריים ומסלולי התיקון הטבעיים של התא מסוגלים לחבר את שני הרנ"א בחזרה יחד. זה מדהים ששני mRNA נפרדים מסוגלים למצוא את עצמם ושה התהליך יכול להיות כל כך יעיל."
המעבדה מיטבה את היעילות של התהליך (פי 900 מהניסויים הראשוניים שלהם) והתאימה את הטכנולוגיה למנגנון העברת גנים רב עוצמה. כאשר שני חצאים של גן טיפולי גדול מקודדים לוקטורים הקשורים לנגיף אדנו (AAV), שהם הוקטורים הנפוצים ביותר עבור טיפול גנטי מכיוון שהם בטוחים ואינם גורמים למחלות בבני אדם, הריבוזימים חותכים את הקצוות של mRNAs והם מצטרפים לאחר מכן, ויוצרים mRNA יחיד וחלק המסוגל לייצר חלבון ברקמה רצויה.
צוות המחקר, כולל המחבר הראשון שון לינדלי, שקיבל לאחרונה את הדוקטורט שלו ממעבדת אנדרסון, מצא שנראה כי ה-mRNA התפורים מתנהגים באופן מהותי כמו עמיתיהם הטבעיים באורך מלא, ומתרגמים למעשה מידע גנטי לחלבונים פונקציונליים.
ריבוזימים מתפצלים עצמיים, החיוניים לפעילות StitchR, נמצאים באופן טבעי בכל ממלכת החיות והם מורכבים ממשפחות שונות, המציגות פעילויות מחשוף שונות. לאחר בדיקת משפחות ורצפים ריבוזים רבים, הם זיהו בסופו של דבר נוסחה שהובילה לרמה גבוהה של ייצור חלבון והתקרבה לרמות שהושגו על ידי גנים המבוטאים מוקטור בודד בלבד.
דאג הוא מאוד יצירתי ומכוון לפרטים, והעובדה שהוא גילה כיצד שני חלקים שונים של mRNA יכולים למצוא אחד את השני בתא ולהצטרף בצורה חלקה ליצירת mRNA פונקציונלי היא באמת מרגשת. הרעיון נשמע פשוט, אבל זה הצריך עבודת ספסל ניכרת כדי לייעל את המולקולות המעורבות, להבטיח שהן יציבות בתאים ולהפוך את התהליך ליעיל ככל האפשר".
Lynne E. Maquat, PhD, מנהלת מרכז UR לביולוגיה של RNA
על פי אנדרסון, StitchR יכול להיות משולב עם סוגים רבים ושונים של וקטורים המשמשים להעברת או לבטא גן בתאים ושנראה שהוא עובד ביעילות עם כל רצף mRNA, פותח את הדלת לשימוש שלו במגוון רחב של מחלות יישומים. "StitchR הוא באמת Plug and Play בשלב זה. דרישות הרצף עבור StitchR הן מינימליות, וכעת בדקנו זאת עם גנים ורצפים רבים ושונים", אמר.
תכונה נוספת של טכנולוגיה זו היא שרק החלבון באורך מלא מיוצר.
"גישות וקטור כפול אחרות נמצאות בפיתוח במשך עשרות שנים אך נפגעו מחוסר יעילות וייצור של מוצרים באורך מלא פחות. מכיוון ש-StitchR מתרחש ברמת ה-RNA, אנו יכולים לשלוט ולהבטיח שרק באורך מלא נוצר מוצר חלבון זה מבדיל את StitchR מטכנולוגיות וקטור כפול אחרות, למשל אינטאין, טכנולוגיית קשירת חלבון, שיכולה להיות יעילה אך דורשת ביטוי של שברי חלבון קטנים יותר. השפעות לא ידועות בתא", הוסיף אנדרסון.
"זה היה תהליך ארוך אך מספק לעבור מתצפית מחקרית ראשונית ליישום טיפולי, אבל זו תמיד הייתה המטרה העיקרית של המעבדה שלנו, ואני חושב שההבטחה למחקר בסיסי. עם StitchR וכלים אחרים אנחנו עובדים לקראת טיפולים לכמה מהמחלות הגנטיות המחלישות ביותר על פני כדור הארץ, לרבות מהן אין טיפולים או תרופות עדכניות", אמר אנדרסון.
המעבדה נמצאת כעת בתהליך של יצירת שיתופי פעולה עם מעבדות מחקר אחרות ויצירת וקטורי StitchR לטיפול במספר מחלות הנגרמות על ידי גנים גדולים, מהן יש אלפים.
