Współczesna terapia genowa stopniowo odchodzi od jednej uniwersalnej idei „naprawy uszkodzonego DNA”. Czasami do genu rzeczywiście można dostarczyć działającą kopię zastępczą. A czasami zmiana sekwencji w ogóle nie jest potrzebna — wystarczy zdjąć molekularny zakaz, który nie pozwala istniejącemu genowi działać.
Dwa niedawne badania dobrze pokazują tę różnicę.
Pierwsze poświęcone jest retinopatii KCNV2 — rzadkiej chorobie dziedzicznej siatkówki. Gen KCNV2 koduje białko Kv8.2, uczestniczące w pracy kanałów potasowych fotoreceptorów. W przypadku patogennych wariantów KCNV2 zaburzone zostaje działanie pręcików i czopków: obniża się ostrość wzroku, pojawiają się światłowstręt, zaburzenia widzenia barwnego i ślepota nocna. Swoistego leczenia tej choroby jak dotąd nie ma.
Badacze wykorzystali wektor wirusowy związany z adenowirusami — AAV — aby dostarczyć do fotoreceptorów zoptymalizowaną działającą kopię ludzkiego KCNV2. To nie jest edycja uszkodzonego genu: istniejąca mutacja pozostaje na miejscu, a komórka otrzymuje dodatkową instrukcję, pozwalającą jej ponownie wytwarzać Kv8.2.
Po podaniu terapii pod siatkówkę myszom pozbawionym funkcjonalnego Kv8.2 odpowiedzi elektryczne siatkówki wyraźnie się poprawiły. Przy niektórych dawkach reakcje zwierząt na bodźce wzrokowe zarówno w warunkach słabego, jak i jasnego oświetlenia zbliżyły się do wyników zdrowych myszy. W organoidach siatkówki hodowanych z komórek pacjenta z retinopatią KCNV2 badacze przywrócili również wytwarzanie białka Kv8.2.
Nie oznacza to jeszcze, że udało się człowiekowi „przywrócić wzrok”. Mowa tu o przedklinicznym dowodzie zasady: metoda działa w modelu zwierzęcym i w ludzkich modelach komórkowych. Następne pytanie jest znacznie trudniejsze — czy okaże się wystarczająco bezpieczna i skuteczna u pacjentów.
Zupełnie inne podejście badacze zastosowali do zespołu Pradera–Williego.
Tutaj problem nie polega wyłącznie na uszkodzeniu pojedynczego genu. W zespole Pradera–Williego brakuje prawidłowej ekspresji grupy genów ojcowskiej kopii odcinka chromosomu 15q11–q13. Matczyna kopia wielu z tych genów istnieje, lecz milczy z powodu imprintingu genomowego — epigenetycznego systemu, który określa, która rodzicielska kopia genu powinna być aktywna.
Właśnie to milczenie naukowcy spróbowali zdjąć.
Zespół z Japonii zastosował system CRISPR/dCas9-SunTag-TET1. W odróżnieniu od zwykłego Cas9, dCas9 nie przecina DNA. Jest używany jako molekularny nawigator: kierowany jest do odpowiedniego miejsca genomu i przyciąga enzym TET1, zdolny zmieniać metylację DNA.
Badacze oddziałali na centrum imprintingu PWS-ICR w komórkach otrzymanych od pacjentów z zespołem Pradera–Williego. Demetylacja pozwoliła ponownie włączyć kilka genów chromosomu matczynego, w tym SNRPN, SNORD116, IPW i MAGEL2. Szczególnie interesujące jest to, że zmiany utrzymywały się po przekształceniu tych komórek w organoidy podwzgórzowe — trójwymiarowe modele tkanki związanej z regulacją głodu, funkcji hormonalnych i przemiany materii. W organoidach częściowo znormalizował się także ogólny profil ekspresji genów.
Ale tutaj ujawniła się ważna subtelność.
Po epigenetycznym „przebudzeniu” regionu w komórkach neuronalnych aktywował się również UBE3A-ATS — transkrypt antysensowny, zdolny hamować UBE3A. W edytowanych organoidach badacze rzeczywiście zaobserwowali obniżenie ekspresji UBE3A. Autorzy ostrzegają: nadmierne wyciszenie tego genu teoretycznie może wywołać zmiany związane z patologią zespołu Angelmana.
Właśnie dlatego ta praca jest szczególnie pouczająca. Epigenomu nie można postrzegać jako szeregu niezależnych wyłączników. Czasami włączenie jednego odcinka zmienia działanie całego łańcucha sąsiednich genów.
Obie strategie są na razie daleko od rutynowej terapii klinicznej. W przypadku KCNV2 trzeba potwierdzić długoterminową skuteczność i bezpieczeństwo u człowieka. W przypadku zespołu Pradera–Williego zadanie jest jeszcze trudniejsze: trzeba nauczyć się dostarczać edytor do właściwych komórek mózgu, kontrolować siłę i czas oddziaływania oraz nie zakłócać delikatnej równowagi innych genów podlegających imprintingowi.
Ale kierunek jest już widoczny. W jednym przypadku medycyna dodaje komórce brakującą instrukcję genetyczną. W drugim — próbuje przywrócić głos genowi, który przez cały czas pozostawał w DNA, lecz był wyłączony.
Właśnie to staje się jedną z najciekawszych cech nowej medycyny molekularnej: chorobę można leczyć nie tylko przepisując genom na nowo, ale także zmieniając sposób, w jaki komórka go czyta.
