Výzkumný tým z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd vedený Davidem Staňkem vyvinul experimentální RNA terapii schopnou opravit genetickou poruchu spojenou s retinitis pigmentosa – dědičným onemocněním sítnice, které postupně vede ke ztrátě zraku. Studie publikovaná v časopise Molecular Therapy ukazuje, že speciálně navržené antisense oligonukleotidy dokážou napravit chybné zpracování genetické informace a obnovit tvorbu klíčového proteinu v laboratorním modelu sítnice vytvořeném z buněk pacientů. Výsledky ukazují možnosti cílené terapie zaměřené na konkrétní mutaci a otevírají nové možnosti pro budoucí vývoj personalizované léčby dědičných forem slepoty.
Nemoc, která pomalu bere zrak
Retinitis pigmentosa patří mezi nejčastější dědičná onemocnění sítnice. Pacienti nejprve začínají hůře vidět za šera a v noci. S postupujícím onemocněním přicházejí o periferní vidění, vzniká takzvané tunelové vidění a v nejtěžších případech může nemoc vést až k úplné slepotě.
Přestože jde o vzácné onemocnění, jeho dopad na život pacientů bývá zásadní. Postupná ztráta zraku ovlivňuje jejich samostatnost, vzdělávání, pracovní uplatnění i běžné každodenní aktivity. Navzdory významnému pokroku v genetice navíc pro většinu forem retinitis pigmentosa stále neexistuje léčba, která by přímo řešila jejich molekulární příčinu.
Právě tato výzva přivedla vědce z Ústavu molekulární genetiky k výzkumu genu PRPF31, který patří mezi nejčastější genetické příčiny tohoto onemocnění. Jejich cílem bylo nejen pochopit, jak mutace v tomto genu narušují fungování buněk, ale také najít způsob, jak vzniklou poruchu napravit.
Pátrání po příčině
Gen PRPF31 obsahuje návod pro tvorbu proteinu nezbytného pro proces zvaný sestřih RNA. Jde o důležitý krok při využívání genetické informace. Než může buňka podle genu vytvořit protein, musí nejprve správně upravit jeho RNA kopii – odstranit nepotřebné části a spojit ty důležité.
„Pokud sestřih RNA neproběhne správně, buňka vytvoří chybnou instrukci a výsledkem je nedostatek funkčního proteinu,“ vysvětluje David Staněk, vedoucí Laboratoře biologie RNA na Ústavu molekulární genetiky AV ČR. „Buňky lidské sítnice jsou na poruchy zpracování RNA mimořádně citlivé, i když stále přesně nevíme proč“.
V nové studii vědci identifikovali dosud neznámou mutaci v genu PRPF31 u rodiny postižené retinitis pigmentosa. Mutace se nenachází v části genu, která přímo kóduje protein, ale v úseku, jenž bývá za normálních okolností během sestřihu RNA odstraněn a mutace by tak produkci proteinu neměla ovlivnit. Mutace však vytvoří falešný signál, který buněčný aparát poplete a RNA se zpracuje nesprávně. Výsledkem je nedostatek funkčního proteinu PRPF31.
Jak napodobit nemoc v laboratoři
Aby mohli vědci mechanismus onemocnění podrobně studovat, vytvořili z buněk pacientů indukované pluripotentní kmenové buňky. Tyto buňky lze v laboratorních podmínkách přeměnit na různé typy tkání. V tomto případě je výzkumníci přeměnili na buňky retinálního pigmentového epitelu, které hrají důležitou podpůrnou roli v sítnici a jsou onemocněním postiženy. Takto vytvořený model umožnil sledovat, jak mutace ovlivňuje zpracování RNA v sítnicových buňkách, a zároveň otestovat možné způsoby nápravy.
Oprava chybné genetické instrukce
V dalším kroku vědci navrhli sérii takzvaných antisense oligonukleotidů. Jde o krátké syntetické molekuly RNA, které se vážou na buněčnou RNA a dokážou ovlivnit její zpracování. Zjednodušeně řečeno mohou buňce pomoci ignorovat falešný signál vytvořený mutací a obnovit správné čtení genetické informace.
Jeden z navržených kandidátů dokázal významně zlepšit správný sestřih RNA genu PRPF31. Důležité je, že se po jeho aplikaci ASO zvýšilo také množství proteinu PRPF31 v buňkách odvozených od pacientů.
„Nejzajímavější na celé práci je, že jsme nejen popsali mutaci a pochopili její důsledky, ale zároveň navrhli molekulu, která dokáže vzniklou poruchu alespoň částečně opravit v sítnicových buňkách vytvořených z buněk pacientů,“ říká David Staněk. „Stále jde o experimentální výzkum, nikoli o léčbu připravenou pro pacienty. Ukazuje však, že je možné cílit na konkrétní molekulární příčinu onemocnění s velkou přesností.“
Studie posouvá poznání hned ve dvou směrech. Zaprvé popisuje novou mutaci způsobující retinitis pigmentosa v nekódující oblasti genu, které jsou většinou při genetickém mapování přehlíženy. Zadruhé ukazuje, že tuto poruchu lze pomocí cílené terapie korigovat a obnovit tvorbu chybějícího proteinu v buněčném modelu onemocnění.
Nové možnosti RNA medicíny
Výzkum zároveň přispívá k rychle se rozvíjejícímu oboru RNA léčiv. Antisense oligonukleotidy se již dnes využívají při léčbě některých genetických onemocnění a oko je považováno za jeden z nejslibnějších cílů pro tento typ terapie, protože léčivé molekuly lze dopravit přímo do postižených tkání.
Podle autorů bude nyní potřeba ověřit bezpečnost a účinnost navrženého přístupu v pokročilejších preklinických modelech. Současná studie proto nepředstavuje hotovou léčbu, ale důležitý krok na cestě k vývoji personalizovaných terapií pro pacienty s touto i podobnými genetickými poruchami.
Proč je základní výzkum důležitý
„Výzkum základních mechanismů zpracování RNA se může zdát vzdálený klinické medicíně. Naše studie ale ukazuje, že právě pochopení těchto procesů může otevřít cestu k novým terapeutickým strategiím,“ říká David Staněk. „Pokud chceme účinně léčit genetická onemocnění, musíme nejprve přesně pochopit, co se uvnitř buňky pokazilo.“
Na studii spolupracovali vědci z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd České republiky s odborníky z Univerzity Karlovy, Všeobecné fakultní nemocnice v Praze, Masarykovy univerzity, Fakultní nemocnice Brno a University of Colorado Boulder.
Výzkum podpořil projekt RNA for Therapy spolufinancovaný Evropskou unií, Grantová agentura České republiky, Ministerstvo zdravotnictví ČR a další národní grantové programy.
Publikace:
zdroj : Ústav molekulární genetiky AV ČR
