Search
מחקר מראה קשר חזק בין תדירות צריכת משקאות אנרגיה לבין פרמטרי שינה

תקווה חדשה לטיפול במחלת פריון

פיתוח תרופות הוא בדרך כלל איטי: הצינור מגילויי מחקר בסיסיים המספקים את הבסיס לתרופה חדשה לניסויים קליניים לייצור של תרופה זמינה נרחבת עשוי להימשך עשרות שנים. אבל עשרות שנים יכולים להרגיש רחוקים באופן בלתי אפשרי למי שיש לו כרגע מחלה קטלנית. מנהיגת הקבוצה הבכירה של מכון רחב, סוניה ואלאב, מודעת היטב למירוץ הזה נגד הזמן, מכיוון שנושא המחקר שלה הוא מחלה ניוונית ובסופו של דבר קטלנית – נדודי שינה משפחתיים קטלניים, סוג של מחלת פריון – שכמעט בוודאות היא תפתח ככל שתזדקן. Vallabh ובעלה, אריק מיניקל, החליפו קריירה והפכו לחוקרים לאחר שנודע להם כי Vallabh נושאת גרסה הגורמת למחלה של גן חלבון הפריון וכי אין טיפול יעיל למחלות פריון קטלניות. השניים מנהלים כעת מעבדה במכון ברוד שבה הם פועלים לפיתוח תרופות שיכולות למנוע ולטפל במחלות אלו, ומועד ההצלחה שלהן אינו מבוסס על מחזורי מענקים או ציפיות אקדמיות אלא על פצצת הזמן המתקתקת בקוד הגנטי של ואלאב.

לכן Vallabh התרגשה לגלות, כשנכנסה לשיתוף פעולה עם חבר מכון ווייטהד ג'ונתן ויסמן, שהקבוצה של ויסמן אוהבת לעבוד במלוא הגז. תוך פחות משנתיים, ויסמן, Vallabh ושותפי הפעולה שלהם פיתחו קבוצה של כלים מולקולריים הנקראים CHARMs שיכולים לכבות גנים גורמי מחלות כמו גן חלבון הפריון, כמו גם, פוטנציאלית, גנים המקודדים לחלבונים רבים אחרים מעורבים במחלות ניווניות ומחלות אחרות – והם משכללים את הכלים האלה כדי להיות מועמדים טובים לשימוש בחולים אנושיים. למרות שלכלים יש עדיין מכשולים רבים לעבור לפני שהחוקרים יידעו אם הם עובדים כטיפול, הצוות מעודד מהמהירות שבה פיתחו את הטכנולוגיה עד כה.

רוח שיתוף הפעולה מתחילתו הייתה שלא המתנה לפורמליות. ברגע שהבנו את ההתרגשות ההדדית שלנו לעשות את זה, הכל יצא למרוצים".

סוניה ואלאב, ראש קבוצה בכירה של מכון רחב

המחברים המתכתבים ויסמן ו-ואלאב והסופרים הראשונים אדווין נוימן, סטודנט לתואר שני במעבדתו של וייסמן, וטסה ברטוזי, פוסט דוקטורט במעבדתו של ויסמן, מתארים CHARM-;אשר מייצגים Coupled Histon tail for Autoinhibition Release of Methyltransferase-;in מאמר שפורסם בכתב העת מַדָע ב-27 ביוני.

"עם מכון ווייטהד וברוד ממש ליד זה לזה, אני לא חושב שיש מקום טוב מזה לקבוצה של אנשים חדורי מוטיבציה לנוע במהירות ובגמישות במרדף אחר מדע אקדמי וטכנולוגיה רפואית", אומר ויסמן. שהוא גם פרופסור לביולוגיה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס וחוקר HHMI. "CHARMs הם פתרון אלגנטי לבעיית השתקת גנים של מחלות, ויש להם פוטנציאל לקבל עמדה חשובה בעתיד התרופות הגנטיות".

כדי לטפל במחלה גנטית, יש למקד את הגן

מחלת פריון, שמובילה לניוון עצבי למוות מהיר, נגרמת על ידי נוכחות של גרסאות מוטעות של חלבון הפריון. אלה גורמים לאפקט מפל במוח: חלבוני הפריון הפגומים מעוותים חלבונים אחרים, ויחד חלבונים אלה לא רק מפסיקים לתפקד כראוי אלא גם יוצרים אגרגטים רעילים שהורגים נוירונים. הסוג המפורסם ביותר של מחלת פריון, המכונה בשפה השפה מחלת פרות משוגעות, הוא זיהומיות, אך צורות אחרות של מחלת פריון יכולות להתרחש באופן ספונטני או להיגרם על ידי גנים פגומים של חלבון פריון.

רוב התרופות הקונבנציונליות פועלות על ידי מיקוד לחלבון. CHARMs, לעומת זאת, פועלים יותר במעלה הזרם, מכבים את הגן שמקודד לחלבון הפגום, כך שהחלבון לעולם לא נוצר מלכתחילה. CHARMים עושים זאת על ידי עריכה אפיגנטית, שבה מתווסף תג כימי ל-DNA כדי לכבות או להשתיק גן מטרה. בניגוד לעריכת גנים, עריכה אפיגנטית אינה משנה את ה-DNA הבסיסי; הגן עצמו נשאר שלם. עם זאת, כמו עריכת גנים, עריכה אפיגנטית יציבה, כלומר גן שכובה על ידי CHARM צריך להישאר כבוי. המשמעות היא שהמטופלים יצטרכו ליטול CHARM פעם אחת בלבד, בניגוד לתרופות המכוונות לחלבון שיש ליטול בקביעות כאשר רמות החלבון של התאים מתחדשות.

מחקרים בבעלי חיים מצביעים על כך שחלבון הפריון אינו נחוץ אצל מבוגר בריא, וכי במקרים של מחלה, הסרת החלבון משפרת או אפילו מבטלת את תסמיני המחלה. באדם שעדיין לא פיתח תסמינים, הסרת החלבון אמורה למנוע מחלה לחלוטין. במילים אחרות, עריכה אפיגנטית יכולה להיות גישה יעילה לטיפול במחלות גנטיות כמו מחלות פריון תורשתיות. האתגר הוא יצירת סוג חדש של טיפול.

למרבה המזל, לצוות הייתה תבנית טובה ל-CHARM: כלי מחקר בשם CRISPRoff שקבוצתו של ויסמן פיתחה בעבר להשתקת גנים. CRISPRoff משתמש באבני בניין מטכנולוגיית עריכת הגנים של CRISPR, כולל חלבון המדריך Cas9 שמכוון את הכלי לגן המטרה. CRISPRoff משתיק את הגן הממוקד על ידי הוספת קבוצות מתיל, תגים כימיים שמונעים מהגן להיות שעתוק או לקרוא ל-RNA וכך להתבטא כחלבון. כאשר החוקרים בדקו את יכולתו של CRISPRoff להשתיק את גן חלבון הפריון, הם גילו שהוא יעיל ויציב.

עם זאת, כמה מתכונותיו מנעו מ-CRISPRoff להיות מועמד טוב לטיפול. מטרת החוקרים הייתה ליצור כלי המבוסס על CRISPRoff שהיה חזק באותה מידה אך גם בטוח לשימוש בבני אדם, קטן מספיק כדי להעביר למוח, ונועד למזער את הסיכון להשתיק את הגנים הלא נכונים או לגרום לתופעות לוואי.

מכלי מחקר ועד מועמד לתרופה

בראשות נוימן וברטוזי, החוקרים החלו להנדס וליישם את עורך האפיגנום החדש שלהם. הבעיה הראשונה שהם נאלצו להתמודד איתה הייתה הגודל, מכיוון שהעורך צריך להיות קטן מספיק כדי להיות ארוז ומועבר לתאים ספציפיים בגוף. העברת גנים למוח האנושי היא מאתגרת; ניסויים קליניים רבים השתמשו בנגיפים הקשורים לאדנו (AAV) ככלי מסירת גנים, אך אלה קטנים ויכולים להכיל רק כמות קטנה של קוד גנטי. CRISPRoff הוא גדול מדי; הקוד של Cas9 לבדו תופס את רוב המקום הזמין.

חוקרי מעבדת ויסמן החליטו להחליף את Cas9 בחלבון אצבע אבץ (ZFP) קטן בהרבה. כמו Cas9, ZFPs יכולים לשמש חלבונים מנחים כדי לכוון את הכלי לאתר יעד ב-DNA. ZFPs נפוצים גם בתאים אנושיים, כלומר הם נוטים פחות לעורר תגובה חיסונית נגד עצמם מאשר החיידק Cas9.

לאחר מכן, החוקרים נאלצו לעצב את החלק של הכלי שישתיק את גן חלבון הפריון. בהתחלה הם השתמשו בחלק מתיל-טרנספראז, מולקולה שמוסיפה קבוצות מתיל ל-DNA, הנקראת DNMT3A. עם זאת, בתצורה המסוימת הדרושה לכלי, המולקולה הייתה רעילה לתא. החוקרים התמקדו בפתרון אחר: במקום מתן מחוץ ל-DNMT3A כחלק מהטיפול, הכלי מסוגל לגייס את ה-DNMT3A של התא עצמו לגן חלבון הפריון. זה פיתר מקום יקר בתוך וקטור AAV ומנע רעילות.

החוקרים גם היו צריכים להפעיל את DNMT3A. בתא, DNMT3A בדרך כלל אינו פעיל עד שהוא יוצר אינטראקציה עם מולקולות פרטנר מסוימות. חוסר פעילות ברירת מחדל זה מונע מתילציה מקרית של גנים שצריכים להישאר מופעלים. נוימן המציא דרך גאונית לעקוף זאת על ידי שילוב קטעים של מולקולות השותפות של DNMT3A וחיבור אלה ל-ZFPs שמביאים אותם לגן חלבון הפריון. כאשר ה-DNMT3A של התא נתקל בשילוב זה של חלקים, הוא מופעל ומשתיק את הגן.

"מנקודת המבט של רעילות וגודל, היה הגיוני לגייס את המכונות שכבר יש לתא; זה היה פתרון הרבה יותר פשוט ואלגנטי", אומר נוימן. "תאים כבר משתמשים ב-methyltransferases כל הזמן, ואנחנו בעצם רק מרמים אותם לכבות גן שבדרך כלל הם היו משאירים מופעל".

בדיקות בעכברים הראו ש-CHARM מונחי ZFP יכולים לחסל יותר מ-80% מחלבון הפריון במוח, בעוד מחקרים קודמים הראו ש-21% חיסול קטן יכול לשפר את הסימפטומים.

ברגע שהחוקרים ידעו שיש להם משתיק גנים חזק, הם פנו לבעיה של השפעות מחוץ למטרה. הקוד הגנטי של CHARM שמועבר לתא ימשיך לייצר עותקים של CHARM ללא הגבלת זמן. עם זאת, לאחר כיבוי הגן של חלבון הפריון, אין בכך שום תועלת, רק יותר זמן לתופעות הלוואי להתפתח, אז הם שיפרו את הכלי כך שאחרי שהוא מכבה את גן חלבון הפריון, הוא מכבה את עצמו.

בינתיים, פרויקט משלים מהמעבדה של המדען ומשתף הפעולה של מכון ברוד בנג'מין דוורמן, התמקד באספקת גנים לכל המוח ופורסם ב- מַדָע ב-17 במאי, קירב את טכנולוגיית CHARM צעד אחד לקראת הכנה לניסויים קליניים. למרות שסוגים טבעיים של AAV שימשו בעבר לטיפול גנטי בבני אדם, הם אינם נכנסים למוח הבוגר ביעילות, מה שהופך את זה לבלתי אפשרי לטפל במחלת מוח שלמה כמו מחלת פריון. בהתמודדות עם בעיית הלידה, הקבוצה של דברמן תכננה וקטור AAV שיכול להיכנס למוח בצורה יעילה יותר על ידי מינוף מסלול שמעביר ברזל באופן טבעי למוח. וקטורים מהונדסים כמו זה עושים טיפול כמו CHARM צעד אחד קרוב יותר למציאות.

הודות לפתרונות היצירתיים הללו, לחוקרים יש כעת עורך אפיגנטי יעיל ביותר, קטן מספיק כדי להעביר למוח, ושנראה בתרבית תאים ובניסויים בבעלי חיים כבעל רעילות נמוכה והשפעות מוגבלות מחוץ למטרה.

"זו הייתה זכות להיות חלק מזה; זה די נדיר לעבור ממחקר בסיסי ליישום טיפולי בפרק זמן כה קצר", אומר ברטוזי. "אני חושב שהמפתח היה יצירת שיתוף פעולה שניצל את הניסיון של מעבדת וייסמן בבניית כלים, את הידע המעמיק של מעבדת Vallabh ו-Minkel במחלה, ואת המומחיות של מעבדת דברמן באספקת גנים".

להסתכל קדימה

עם פתרונם של המרכיבים העיקריים של טכנולוגיית CHARM, הצוות כעת מכוונן את הכלי שלהם כדי להפוך אותו ליותר יעיל, בטוח וקל יותר לייצור בקנה מידה, כפי שיידרש עבור ניסויים קליניים. הם כבר הפכו את הכלי למודולרי, כך שניתן יהיה להחליף את חלקיו השונים ולא יהיה צורך לתכנת את ה-CHARMs העתידיים מאפס. CHARMs גם נבדקים כיום כתרופות טיפוליות בעכברים.

הדרך ממחקר בסיסי לניסויים קליניים היא דרך ארוכה ומפותלת, והחוקרים יודעים של-CHARMs עדיין יש דרך לעבור לפני שהם עשויים להפוך לאופציה רפואית בת קיימא עבור אנשים עם מחלות פריון, כולל Vallabh, או מחלות אחרות עם גנטיקה דומה. רכיבים. עם זאת, עם עיצוב טיפול חזק ותוצאות מעבדה מבטיחות ביד, לחוקרים יש סיבה טובה לתקווה. הם ממשיכים לעבוד במלוא המרץ, מתוך כוונה לפתח את הטכנולוגיה שלהם כך שתוכל להציל את חייהם של חולים לא ביום מן הימים, אלא בהקדם האפשרי.

דילוג לתוכן