26 октомври 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Генни терапии за лекуване на сърповидно-клетъчна анемия и бета-таласемия

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 19 август 2021 в 00:04 59960
Учените използват техниката за редактиране на гени CRISPR-Cas9, за да пренапишат генетичната мутация в кръвните клетки, която причинява сърповидноклетъчна анемия. Кредит: Wikimedia Commons

Бета-таласемията и сърповидно-клетъчната анемия са най-разпространите моногенни болести в света. Днес се раждат 60000 бебета годишно с таласемия и 300 000 със сърповидно- клетъчна анемия. И двете заболявания са вследствие мутация в гените за субединицата бета на хемоглобина (HBB).

Заболяванията са рецесивни - мутациите се унаследяват и от двамата родители. При сърповидноклетъчната анемия мутациите (Glu→ Val) водят до синтеза на хемоглобин HbS – промененият хемоглобин полимеризира, деформира еритроцитите и предизвиква анемия, хемолиза и скъсява живота. Мутациите при бета-таласемията водят до намалено или липсващо производство на β-глобин с вредни последствия за носителите на мутациите.

В световен мащаб разпространението на сърповидно-клетъчната анемия обхваща 40% от населението на Централна Африка (боледуващо от малария) и около 10% от чернокожото население на САЩ. По-рядко се среща в страните от Средиземноморския басейн.

Доскоро лечението бе с трансплантация на костен мозък, което е рисково, и намирането на подходящи донори е трудно. Кръвопреливане също помага, а с лекарства може да се намалят свързаните с хемоглобиновия дефект кризи.

От 2019 г. европейската компания Bluebirdbio прави предклинични изпитания с редица пациенти като прилага генна терапия с добавяне на лентивируси, носещи нормален бета-глобинов ген, към възрастни автоложни стволови (CD34+) кръвни клетки (продуктът е ZYNTEGLO™). Произвеждането на нормален хемоглобин намалява проявата на сърповидно-клетъчната анемия и бета-таласемия. От 32 болни със сърповидно-клетъчна анемия лекувани преди 3 години, 19 от тях вече не са имали кризи. В клинични изследвания фаза 1-2 са включени 50 пациента със сърповидноклетъчна анемия и 40 с бета таласемия.

В две статии през декември 2020 бе показано как тези генетични заболявания могат да бъдат лекувани с редактиране на генома или чрез Рспецифична РНК. За да поправят разваления хемоглобин, учените манипулират кръвните стволови клетки взети от пациент и в лабораторини условия спират действието на BCL11A (този белтък изключва производството на феталната (зародишна) форма на хемоглобина – HbF (която нормално работи в ранните стадии от развитието на организма). След това с химиотерапия се унищожават болните кръвни клетки и се преливат (инфузират) манипулираните стволови клетки. Така с отстраняването на изключвателя BCL11A, се заменя „лошия“ възрастов хемоглобин и се ре-активира гена за HbF. При сърповидно-клетъчната анемия част от възрастния хемоглобин се заменя с нормален белтък, и с това се блокира формирането на лепливите хемоглобинови полимери, характерни за тази анемия. При бета-тласемията реактивирането на синтезата на HbF преодолява недостига на хемоглобин.

При първия подход ензимът CRISPR-Cas9 в рибопротеинов комплекс със специфична водеща РНK (sgRNA) се трансфектира (електропорира, нуклеофектира) в кръвните стволови клетки, където в клетъчното ядро разрушава участък от гена на транскрипционния фактор BCL11A, и с това го прави неактивен (1). При втория подход се използува безвреден вирус (лентивирус), който вкарва в кръвните стволови клетки едно парче ДНК, което кодира инхибираща РНК-верижка (инхибираща РНК - shRNA, small hairpin RNA), която унищожава транскрипта на BCL11А – РНК веригата на BCL11А. Този метод се нарича РНК-интерференция - RNAi. И в двата случая се стига до неутрализиране/отстраняването на действието на BCL11А. той вече не може да пречи на производството на феталния хемоглобин HbF.

При двата подхода пациентите показват достатъчно високи нива на HbF и вече нямат симптомите на заболяванията. В Бостънската клиника на терапията са подложени шест пациента за шест месеца. Само в един случай се е наложило кръвопреливане. Едно момче, подложено на терапията, може сега да плува без болка, а друг младеж , който не е можел без кръвопреливания от 2.5 години, няма вече този здравословен проблем и се чувства съвсем здрав.

Първият пациент, Виктория Грей, която е получила CRISPR терапия преди 17 месеца се чувства отлично. Симптомите са намалени, казва хематологът Франгул: „Всеки път като й се обадя или я видя в клиниката, тя се чувства чудесно“. Компаниите CRISPR Therapeutics и Vertex описват резултатите с Грей и един пациент с бета-таласемия, третиран преди 22 месеца (1). „Резултатите са много впечатляващи“, казва Стюарт Oркин от Бостонската детска клиника, в чиято лаборатория е показано как да се неутрализира BCL11A, чрез изрязване на ДНК в регулаторна област(енхансер) на гена BCL11А. Около 80% от ДНК в този локус са били модифицирани (редактирани) без индикация за редакции на други места. Една гoдина след като пациентите са получили автоложни CD34+ клетки редактирани с CRISPR-Сas9 нивото на редактираните алели (двойки BCL11A гени) в костния мозък и в кръвта продължава да е високо.Положителни резултати има с още десет пациента с тези заболявания.

Ето детайли по използуваните методики:

I. Генна терапия на сърповидно-клетъчната анемия и бета-таласемита чрез CRISPR-редактиране на BCL11A

BCL11A е транскрипционен фактор, който подтиска експресията на γ-глобулина в зародишния (фетален) хемоглобин в еритроидни клетки. Освен в тях, BCL11А се произвежда и в мозъчната тъкан. Избира се прицелването на нуклеазата CRISPR-Cas9 чрез водеща РНК (sgRNA) да е към еритроидно-специфичната енхансерна област на BCL11. Нуклеазата води до намаляване на количеството на BCL11А и увеличаване на феталния хемоглобин. Редактирането с CRISPR- става само в червените кръвни клетки, и няма нарушане на генома в други места от организъма.

Фиг. 1 по Frangoul и сътр. в N Engl J Med 2021;384:252-60. DOI: 10.1056/NEJMoa2031054

A показва прехода от фетален хемоглобин (HbF) към възрастовия хемоглобин (HbA) скоро след раждането и ролята на транскрипционния фактор BCL11A в упражняване на репресия на γ-глобина, един от компонентите на феталния хемоглобин. При пациенти, които не могат да произвеждат достатъчно фунциониращ β-глобин, симптомите се появяват след спадане на нивото на феталния хемоглобин около три месеца след раждането. SCD – сърповидно-клетъчна анемия, TDT- трансфузионно-зависима β-таласемия.

B показва как се „прицелва“ водещата РНК (sgRNA) в комплекс с CRISPR-Cas9 към еритроидно-специфичната енхансерна област в гена на BCL11A. Петте екзона на BCL11A са означени със златни кутийки. GATA1 е мястото в енхансерната област на BCL11, където се свързва транскрипционния фактор GАТА1. CRISPR-Cas9 с помощта на водещата РНК редактира енхансера на гена като го неутрализира = скъсва го, и след репарацията на ДНК „закърпеният“ енхансер вече не работи в полза на BCL11A, защото не носи специфичното място за свърване на транскрипционния фактор GATA1.

C показва преклиничните данни за процента на феталния хемоглобин спрямо общия хемоглобин след редактирането (ензимът CRISPR-Cas9 заедно с водещата РНК скъсва гена на BCL11А в енхансерната геномна област, която след репариране на ДНК няма да може да бъде полезна за експресията на гена, и в резултат ще се увеличи производството на фетален хемоглобин) и диференцияцията на еритроидните клетки. Данните са от десет здрави доброволци.

D показва резултатите от изследвания по целия геном за възможни двуверижни скъсвания в последователности, различаващи се от точната секвенция на водещата РНК. От 223 възможни места по генома, различаващи се с един, два или три нуклеотида, не се идентифицира нито едно редактирано скъсване на ДНК, за разлика от редакционните скъсвания, когато се редактира/скъсва точната ДНК последователност.

II. Генна терапия на сърповидно-клетъчната анемия и бета-таласемия чрез пост-транскрипционно заглушаване на BCL11A. 

И тук се използува факта че BCL11A е репресор на феталния γ-глобин във възрастни еритроцити. Терапията включва трансфузия на автоложни стволови клетки (CD34+), трансдуцирани с лентивирусен вектор BCH-B694, който кодира къса РНК (микроРНК) със структура на фиба (shRNA), която е комплементарна с мРНК на  BCL11A гена. Нокаутиране на BCL11A в червените кръвни клетки и им дава възможност да синтезират фетален хемоглобин (HbF). Така се компенсира негативния ефект на мутациите във възрастния сърповиден хемоглобин (HbS) или недостига на нормален възрастов хемоглобин при бета-таласемията.

Към октомври 2020 шест пациенти със сърповидно-клетъчна анемия са следени в продължение на шест месеца след генната терапия. Процентът HbF/(F+S) е между 20.4 и 41.3%, като HbF е широко разпространен из червените кръвни клетки. Симптомите на сърповидно-клетъчната анемия са намалени или отсъстват.

Фиг.2

Изследването (2) показва, че пост-транскрипционното заглушаване на BCL11A е подходящо, защото вследствие на това се индуцира/освобождава производство на феталния хемоглобин HbF. Това е доказателство, че нокаутирането нa гена чрез парчето инхибираща РНК - shmiR е изгодно за лекуване на сърповидно-клетъчната анемия.

***

Прекият методът с добавяне на гена за нормалния хемоглобин, използуван от компанията Bluebirdbio, e утвърден в Европа от 2019 за някои пациенти с бета-таласемия и сърповидно-клетъчна анемия и се очаква да получи разрешение и за двете болести в следващите години от ФДА (Food and Drug Administration) в САЩ. И в това отношение методът има предимство пред другите два подхода. Но още е рано да се обяви победитeл в тази надпревара. Превключването на феталния хемоглобин позволява на кръвните клетки да възстановят нормалните нива на хемоглобина. Но няма данни, че при подхода на Bluebird се произвежда излишно много хемоглобин. Не е изключено обаче, вирусът, носещ гена за нормалния хемоглобин, да се интегрира на неподходящо място в генома и да предизвика рак. Но и редактирането с CRISPR-Cas9 може по принцип да доведе до опасни ефекти при погрешно прицелване. Досега обаче няма индикации за това.

Нито един от тези генетични подходи не може да помогне на много пациенти в места като Африка и Индия , които нямат достъп до технически сложно здравеопазване. Резултатите са впечатляваши, но поради високата цена не решават глобалния здравен проблем. Bluebirdbio и другите компании пробват дали вместо с груба химиотерапия болните клетки на пациента могат да се изчистят чрез антитела. Националните Институти по здравеопазване (NIH) и фондацията на Бил и Мелинда Гейтс обявиха миналата година, че планират да вложат по сто милиона долара за развиване на технологии, които да модифицират стволовите кръвни клетки с инжектиране на ген-редактиращите „уреди“ директно в тялото. Това ще е трудна задача за генните инженери, но те оптимистично вярват, че рано или късно това ще стане.

Литература:

1. Frangoul et al N Engl J Med 2021;384:252-60. DOI: 10.1056/NEJMoa2031054 видео: https://www.youtube.com/watch?v=d6uvaPSr0Rg&ab_channel=AndriyNemirov

2. Esrick, E. B.New England Journal of Medicine 2021 January 21, 384 (3): 205-215 видео: https://www.youtube.com/watch?v=hpePSHTjojg&t=9s&ab_channel=Oncoletter

3. Kaiser J. Science  11 Dec 2020:Vol. 370, Issue 6522, pp. 1254-1255. DOI:10.1126/science.370.6522.1254

Авторът Константин Чипев е молекулярен и клетъчен биолог от Университета Стони Брук в Ню Йорк.


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Биология
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.