שתי מחלות ניווניות בהדרגה, טרשת צדדית אמיוטרופית (ALS, הידועה בכינויה מחלת לו גריג) ודמנציה פרונטו-טמפורלית (FTD, לאחרונה פורסם בחדשות עם האבחנות של השחקן ברוס וויליס ומנחה השידורים המדוברים וונדי וויליאמס), קשורות יותר מהעובדה ששניהם פוגעים בתאי עצב קריטיים לתפקוד תקין -; הראשון משפיע על עצבים במוח ובחוט השדרה המוביל לאובדן תנועה, השני שוחק את אזורי המוח השולטים באישיות, בהתנהגות ובשפה.
מחקרים הראו שוב ושוב כי בחולים עם ALS או FTD, התפקוד של חלבון TAR-DNA קושר 43, הנקרא בדרך כלל TDP-43, נפגם. כאשר זה קורה, חלקים מהחומר הגנטי הנקרא חומצה ריבונוקלאית (RNA) כבר לא ניתנות לחיבור כראוי זה לזה כדי ליצור את ההוראות המקודדות הדרושות כדי לכוון את הייצור של חלבונים אחרים הדרושים לצמיחה ותפקוד עצבים בריאים. גדילי ה-RNA נעשים מלאים ברצפי קוד שגויים הנקראים "אקסונים מוצפנים" שמשפיעים במקום זאת על חלבונים, שלדעתם קשורים לסיכון מוגבר להתפתחות ALS ו-FTD.
עד כה, לא היה ידוע אם חריגה זו התרחשה מוקדם או מאוחר בקורסים הקליניים של ALS ו-FTD. במחקר בגיליון פברואר 2024 של כתב העת רפואת טבע (פורסם לראשונה באינטרנט ב-25 בינואר 2024), חוקרי רפואה של ג'ונס הופקינס מספרים כיצד הם ענו על השאלה ששוקלת זמן רב.
פיתחנו שיטה לאיתור חלבון ספציפי מקושר אקסון, דמוי גורם גדילה שמקורו בהפטומה 2 (HDGFL2), הקשור לאובדן התפקוד של TDP-43. על ידי כך, אנו מאמינים שגילינו סמן ביולוגי שעשוי לשמש לזיהוי ALS ו-FTD בשלבים המוקדמים ביותר שלהם -; אפילו לפני הופעת התסמינים."
פיליפ וונג, Ph.D., מחבר מחקר בכיר, פרופסור לפתולוגיה ומדעי המוח, בית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס
המצוד אחר הסמן הביולוגי החל בכך שהחוקרים זיהו לראשונה חלבונים סתמיים הקשורים לאקסון הקשורים לאובדן תפקוד TDP-43. לאחר מכן, באמצעות פרגמנטים מאותם חלבונים הידועים כפפטידים קריפטיים, הם יצרו נוגדנים חד שבטיים (מיוצרים במעבדה) ספציפיים לכל אחד מהם. מונחים לתוך דגימות חולה של דם או נוזל מוחי (הנוזל המגן המקיף את המוח ואת מערכת העצבים המרכזית), הנוגדנים החד שבטיים יחפשו ויינעלו רק על הפפטידים הקריפטיים שעבורם הם תוכננו, מה שיהפוך את החלבונים הללו לניתנים לזיהוי.
"מבין כל הפפטידים הצפנתיים שעבורם יצרנו נוגדנים חד שבטיים, זה שעבד הכי טוב היה זה שנועד לחלבון הקריפטי HDGFL2", אומרת המחברת הראשית של המחקר קייטי ארווין, MD/Ph.D. סטודנט בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס. "השתמשנו בנוגדן החד שבטי הזה כדי לפתח בדיקת זיהוי רגישה במיוחד לחלבון HDGFL2 המסתורין בנוזלי הגוף."
לאחר אימות שיטת הזיהוי שלהם במעבדה, החוקרים השתמשו בה כדי לבדוק דגימות דם ונוזל מוחי משלושה אוספים שונים, הכוללים אנשים עם הצורות הנפוצות ביותר של ALS ו-FTD משפחתיות הקשורות למוטציה בגן C9orf72, באופן ספורדי. צורות (לא מוגדרות כגנטיות) של ALS ו-FTD, ובקרות בריאות. האוספים הכילו גם דגימות ביולוגיות מחולים עם ALS ו-FTD לפני האבחנה שלהם, כלומר החוקרים יכלו לחפש HDGFL2 סתמי בשלבים פרה-סימפטומטיים וגם בשלבים סימפטומתיים של המחלות.
"הבדיקה שלנו מצאה HDGFL2 קריפטי בשלבים פרה-סימפטומטיים של חולים שהיו בעלי נטייה גנטית ל-ALS ו-FTD, והיו צפויים להמשיך ולפתח את המחלות, מה שנותן לשיטה אמינות כסמן ביולוגי פרה-קליני פוטנציאלי לניבוי סיכון ל-ALS ו-FTD." אומר ארווין. "וגילינו שהבדיקה גם יכולה לזהות רמות גבוהות של HDGFL2 סתמי בנוזלים מאנשים עם מקרי מחלה ספורדיים שבהם לא הייתה ידועה היסטוריה משפחתית של ALS או FTD."
וונג אומר שהחזקת סמן ביולוגי המסוגל לזהות HDGFL2 קריפטי בנוזלים הביולוגיים של חולים פרה-סימפטומטיים מאפשר להם להשוות את ממצאיו לתוצאות באמצעות סמן ביולוגי מבוסס ל-ALS ו-FTD.
"הסמן הביולוגי הנוכחי ל-ALS ו-FTD מחפש רכיבים מבניים של עצבי מערכת העצבים המרכזית (מוח וחוט השדרה) הנקראים נוירופילמנטים שנשפכים לתוך הנוזלים הביולוגיים, אך רק לאחר שהסימפטומים מתחילים להופיע", מסביר וונג. "אם נשתמש בו ובסמן הביולוגי החשוף HDGFL2 שלנו כדי לקבוע הן ALS ו-FTD פרה-סימפטומטי ותסמיני, נוכל למפות את מהלך המחלות הללו ולהשיג תובנה רבה יותר לגבי כל אחד מהשלבים שלהן."
וונג אומר שידע יכול לעזור לנווט מטופלים לניסויים קליניים לטיפולים חדשים ב-ALS ו-FTD מוקדם יותר ו"בזמן שבו זה עשוי באמת לעשות את ההבדל."
ארווין אומרת שהיא ועמיתיה אוספים דגימות ביולוגיות מרחבי העולם מחולים עם FTD, ALS גנטי ו-ALS ספורדי.
"אנו מקווים לתמוך ביעילות, במהימנות וברגישות של הסמן הביולוגי שלנו על ידי בדיקתו על אלפי דגימות של מטופלים, ולאחר אימות, לעודד את השימוש בו ככלי קליני", היא אומרת. "אנו גם מתכננים לחקור את השימוש בסמן הביולוגי שלנו לקביעת היעילות של טיפולים ב-ALS ו-FTD פרה-קליניים על ידי חיפוש אחר הפחתות ברמות HDGFL2 סתמיות -; ושיקום של תפקוד TDP-43 -; לאחר טיפול."
יחד עם וונג וארווין, חברי צוות המחקר מ-Johns Hopkins Medicine הם Kyra Bowden, Kerstin Braunstein, Koping Chang, Pei Jasin, Jonathan Ling, Abhay Moghekar, Esther Oh, Irika Sinha, Bryan Traynor וחואן Troncoso. חברי צוות נוספים הם דן ברטלט ודניצה רייצ'בה מביוג'ן, ג'יימס ברי ומארק גארט מבית החולים הכללי של מסצ'וסטס וטימותי מילר מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס.
המימון למחקר הגיע מהמענקים הלאומיים לבריאות R01NS095969, UH3NS115608 ו-R33NS115161; מרכז רוברט פקארד לחקר ALS בג'ונס הופקינס; קרן Target ALS; ALS מציאת תרופה; עמותת ALS; מענק מינהל המזון והתרופות האמריקאי 1U01FD008129; אגודת האלצהיימר; המכון להנדסה ומדע עתירי נתונים; תכנית המחקר התוך-מוורי של NIH (מענק המכון הלאומי להזדקנות/המכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ מוחי 1ZIAAG000933); וקרן הצדקה של קארן טופלר.
לינג ו-וונג הם ממציאים על בקשת פטנט זמנית שהוגשה על ידי אוניברסיטת ג'ונס הופקינס המכסה את השימוש ב-TDP-43 ניאו-אפיטופים קריפטיים שמקורם באקסון כסמנים ביולוגיים. טריינור מחזיקה בפטנטים על בדיקות קליניות והתערבות טיפולית להתרחבות חוזרת של הקסנוקלאוטידים של C9orf72. ברטלט הוא עובד ובעל מניות של ביוג'ן. בזמן המחקר, רייצ'בה הייתה עובדת ובעלת מניות של ביוג'ן.
