Die Sandhoff-Studie zeigt einen prinzipiellen Nachweis für die Gentherapie

Anonim

Babys mit der seltenen, tödlichen genetischen Störung Sandhoff-Krankheit beginnen nur wenige Monate nach der Geburt Entwicklungs Meilensteine ​​zu verpassen. Da sie keinen Muskeltonus haben, lernen sie nie, sich aufzusetzen, entwickeln Köpfe, die zu groß sind, um sie zu heben, und leiden schließlich an unkontrollierbaren Anfällen. Es gibt kein Heilmittel.

"Mit einer hervorragenden unterstützenden Betreuung können Kinder bis zum Alter von etwa 5 Jahren überleben", sagte Dr. Cynthia Tifft vom National Human Genome Research Institute der National Institutes of Health.

Ein Artikel, der in der Ausgabe vom 1. März des Journal of Lipid Research von den leitenden Forschern Tifft und Richard Proia und der Leitautorin Laura Allende vom Nationalen Institut für Diabetes und Verdauung und Nierenkrankheiten der NIH und ihren Kollegen erschienen ist, beschreibt einen wichtigen Schritt in Richtung Gentherapie für Patienten mit Sandhoff-Krankheit.

Die Krankheit ist eine lysosomale Speicherkrankheit. Enzyme im Lysosom zerlegen normalerweise nicht benötigte Moleküle. Wenn man nicht arbeitet, beginnt sich das Molekül, das abgebaut werden soll, anzusammeln.

Die Sandhoff-Krankheit betrifft ein Enzym, das komplexe Lipide, sogenannte Ganglioside, abbaut. Gangliosidakkumulation verursacht schließlich den Zelltod im Gehirn und Rückenmark.

Das erste menschliche Modell für die Sandhoff-Krankheit

Die Forscher wollten wissen, ob sich die bei Sandhoff-Patienten sehr bald nach der Geburt auftretenden Probleme tatsächlich während der Schwangerschaft entwickeln. Die Krankheit ist extrem selten; Tifft schätzt, dass jedes Jahr fünf Kinder in den USA geboren werden. Das meiste, was über die Krankheit bekannt ist, stammt daher aus dem Studium gentechnisch veränderter Mäuse, die keinen perfekten Vergleich darstellen.

Diese Studie begann, als ein Baby mit Sandhoff-Krankheit zu Tiffts Klinik kam, wo der Medizingenetiker Patienten mit infantilen und milderen Formen der Krankheit im Erwachsenenalter behandelt. Forscher nahmen dem Baby Hautzellen und programmierten sie in induzierte pluripotente Stammzellen um. Diese Zellen können, wie diejenigen in einem Embryo, zu jedem Zelltyp im Körper reifen.

Das Team erstellte mithilfe von CRISPR / Cas9 Genome Editing gesunde Kontrollzellen, um eine Kopie des betroffenen Gens in den Stammzellen des Patienten zu korrigieren. Die Forscher ließen dann die beiden Stammzellen zu einfachen Gruppen von Gehirnzellen wachsen, die als Organoide bezeichnet werden, etwa so groß wie der Radierer auf einem Bleistift. Die Forscher verglichen die gesunden und von Sandhoff betroffenen Organoide, um herauszufinden, wie das gestörte Enzym die frühe Entwicklung beeinflussen könnte.

Unerwartete Probleme bei der Entwicklung

Wie erwartet, beobachteten die Forscher eine Anhäufung von Gangliosidmolekülen in den Sandhoff-Organoiden. Die gesunden Organoide zeigten diese Akkumulation nicht, was bestätigte, dass die genetische Intervention funktioniert hatte. Aber die Forscher fanden auch etwas Überraschendes.

"Das Hauptmerkmal dieser Krankheit, bei Menschen und bei Mausmodellen, ist die Neurodegeneration", erklärte Proia. Aber statt Zelltod in den Organoiden der Sandhoff-Krankheit sahen die Forscher Zellüberwuchterung. Obwohl es keinen Unterschied zwischen den Stammzellen gab, waren die Sandhoff-Organoide viel größer als die gesunden und ahmten die großen Gehirne der Patienten nach.

Das Profil der Gene, die in den gesunden Organoiden exprimiert werden, ähnelt stark dem ersten Trimester der Schwangerschaft. Die Forscher fanden jedoch heraus, dass die Organoide mit der Sandhoff-Krankheit Veränderungen in den Genen hatten, die die Zellreifung steuern. Anstatt sich als differenzierte adulte Zellen einzunisten, wachsen die Sandhoff-Zellen einfach weiter. Es bleibt zu klären, wie das gestörte Gangliosid-Enzym zu Veränderungen der Genexpression führt.

"Die meisten von uns haben an lysosomale Speicherkrankheiten gedacht, als ob alles in Ordnung wäre, bis sich diese Moleküle aufbauen", sagt Ron Schnaar, Professor an der Johns Hopkins University, der Ganglioside im Gehirn erforscht und an dieser Studie nicht beteiligt war. "Aber es gab schon immer eine sprudelnde Frage, ob die Moleküle selbst eine Wirkung haben, abgesehen davon, dass sie sich zu enormen Mengen aufbauen."

Schnaar sagte, dass diese Arbeit die erste ist, die diese Frage anspricht und zeigt, dass die Störung der Ganglioside die Entwicklung des Gehirns beim Menschen beeinflusst.

Ein Weg zur Gentherapie der Sandhoff-Krankheit

CRISPR, der ursprüngliche Ansatz der Forscher, das Gen zu korrigieren, ist noch weit von der Klinik entfernt. Daher testeten die Forscher auch einen praktikabeleren Gentherapieansatz, der bereits in Tiermodellen der Sandhoff-Krankheit erfolgreich war.

Sie verwendeten ein Virus, um das Gen in Sandhoff Organoide einzuführen, die 4 Wochen alt waren. Etwa zwei Wochen nach Erhalt der Gentherapie waren die behandelten Organoide in ihrer Größe den gesunden Organoiden ähnlicher und hatten keine großen Klumpen des Gangliosids mehr.

"Das ist der erste Beweis für das Prinzip in einem menschlichen Modellsystem, dass die Gentherapie für diese Kinder tatsächlich von Vorteil sein könnte", sagte Tifft. Der virale Gentherapieansatz befindet sich in klinischen Studien für andere lysosomale Speicherkrankheiten, und die erste von der FDA zugelassene Gentherapie für eine genetische Störung verwendet ein ähnliches Virus.

Leider ist die Patientin, deren Hautzellen für diese Studie verwendet wurden, im Alter von 4 Jahren gestorben. Während es für sie zu spät kommt, gibt die Forschung einen hoffnungsvollen Hinweis für zukünftige Generationen von Kindern mit Sandhoff-Krankheit.