RETT-SYMPTOME BEI MÄUSEN DURCH RNA-EDITING GELINDERT
RNA-Editing, eine der sechs gentechnischen Strategien, in die der RSRT investiert, um das Rett-Syndrom zu heilen, hat in den letzten Jahren ein explosionsartiges Wachstum erlebt und die Aufmerksamkeit vieler wissenschaftlicher Labore und Unternehmen auf sich gezogen – und das aus gutem Grund. Eine neue Arbeit, die diese Woche online in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, zeigt, dass RNA-Editing die Symptome in einem Mausmodell des Rett-Syndroms verbessern kann. Gail Mandel, PhD, und Post-Doc John Sinnamon, PhD, haben die Studie verfasst, und der RSRT finanziert das Labor von Mandel an der Oregon Health & Science University seit mehr als zehn Jahren.
Diese Studie liefert einen wichtigen Konzeptnachweis für die Verbesserung der Rett-Syndrom-Symptome durch RNA. Potenziell sind 45 % der Rett-Syndrom-Mutationen durch RNA-Editierung reparabel, darunter die häufigen Mutationen R168X, R255X, R270X und R294X. Da nun feststeht, dass RNA die Symptome in Rett-Modellen beeinflussen kann, können sich künftige Studien darauf konzentrieren, die Effizienz des Editierens und der Rettung von Symptomen in Modellen mit diesen Mutationen zu verbessern.
Dies ist nicht nur eine entscheidende Entdeckung für eine Heilung des Rett-Syndroms, sondern auch der erste Nachweis einer Verbesserung der Symptome in einem Mausmodell einer menschlichen Krankheit durch RNA-Editing. Dies ist natürlich ein sehr aufregender Moment, da wir Fortschritte bei der Korrektur der Grundursache des Rett-Syndroms machen: Mutationen im MECP2-Gen.
Was ist RNA-Editing?
Zur Auffrischung: Gene bilden Proteine in einem zweistufigen Prozess. Der erste Schritt besteht darin, eine Kopie der genetischen Anweisungen des Gens zu erstellen. Diese Kopie wird RNA genannt. Der nächste Schritt besteht darin, die RNA in eine Sequenz von Aminosäuren umzuwandeln, aus denen Proteine, wie das MECP2-Protein, entstehen.
Wie wir in einem früheren Webinar besprochen haben, ist das RNA-Editing ein natürlich vorkommender Prozess in menschlichen Zellen, bei dem eine Gruppe von Enzymen, die so genannten Adenosin-Desaminasen, die auf RNA wirken (ADARs), die RNA-Base Adenosin (A) in eine Inosin-Base (I) umwandeln. Das Inosin wird von der Zelle als Guanosin (G) interpretiert, wenn sie das Protein herstellt.
Das Editieren von A zu I(G) in der RNA führt dann zu kodierenden Veränderungen im resultierenden Protein, wodurch die Proteinfunktion verändert wird. Beim gezielten RNA-Editing wird die natürlich vorkommende Aktivität von ADARs genutzt, um Mutationen zu korrigieren, entweder durch den Einsatz künstlich hergestellter ADAR-Enzyme oder durch die Rekrutierung von Enzymen, die natürlicherweise in Zellen vorhanden sind. Einer der Vorteile des gezielten RNA-Editierens zur Korrektur von Mutationen ist, dass das reparierte Protein auf demselben Niveau wie das normale Protein exprimiert wird. Dies ist besonders wichtig für das Rett-Syndrom, bei dem eine Überexpression von MECP2 zu einer anderen, aber verwandten Krankheit führen kann.
RNA-Editierung für Rett auf die Agenda setzen
Das Labor von Gail Mandel, PhD, von der Oregon Health & Science University war das erste, das über RNA-Editing beim Rett-Syndrom publizierte und damit diese Heilungsstrategie für Rett auf den Plan rief. Mit finanzieller Unterstützung des RSRT und der NIH wies das Labor von Dr. Mandel zunächst das gezielte RNA-Editing in MECP2-Protein-defizienten Neuronen in Kultur und dann in mehreren neuronalen Populationen im Gehirn eines Mausmodells des Rett-Syndroms nach.
Dr. Mandel und John Sinnamon, PhD, ein leitender Forscher in ihrem Labor, der vom RSRT finanziert wird, haben diese Arbeit in der diese Woche veröffentlichten Arbeit erweitert und die seit langem bestehende Frage beantwortet, ob RNA-Editing des MECP2-Gens tatsächlich Rett-ähnliche Symptome bei Mäusen verbessern könnte.
Was geschah in dieser neuesten RNA-Editing-Studie?
Die Autoren stellten ein neues Mausmodell des Rett-Syndroms her, das eine Patientenmutation enthält, bei der an einer für die MECP2-Funktion kritischen Stelle ein A anstelle eines G steht. Rett-Mausmodelle wie dieses sind wichtig, um verschiedene Heilungsansätze zu testen. Um das mutierte A wieder in ein normales G umzuwandeln, injizierten die Autoren ein adeno-assoziiertes Virus (AAV) in den Blutkreislauf, das für ein manipuliertes ADAR-Enzym, die so genannte Editase, und eine Leit-RNA kodiert, die wie ein GPS funktioniert, um die Editase zur Mutation in der MECP2-RNA der Maus zu führen.
Nach der Injektion des Virus in junge männliche Rett-Mäuse beobachteten sie Editierung in mehreren Hirnregionen, wobei die höchste Menge an Editierung, nämlich 18 %, im Hirnstamm auftrat. Bei der Untersuchung einzelner Zellen im Hirnstamm stellten sie fest, dass etwa derselbe Prozentsatz der Zellen eine Reparatur der Mutation aufwies. Das reparierte MECP2-Protein wurde im Durchschnitt zu 70 % des normalen Niveaus exprimiert. Bemerkenswert ist, dass einige Zellen sogar die gleichen Proteinkonzentrationen aufwiesen wie normale (nicht mutierte) Zellen, was darauf hindeutet, dass es keine inhärente Obergrenze für den Grad der Reparatur gibt, der in einigen Neuronen in vivo (bei lebenden Tieren) möglich ist. Dies ist sehr ermutigend
Genaue Betrachtung der Atmung und anderer messbarer Symptome
Bei vielen Rett-ähnlichen Verhaltensweisen sind mehrere Hirnregionen beteiligt, oder die spezifischen neuronalen Schaltkreise, die dem Verhalten zugrunde liegen, sind nicht genau definiert. Es ist jedoch bekannt, dass der Hirnstamm, die Region mit der höchsten MECP2-RNA-Editierung, für die Kontrolle der Atmung von wesentlicher Bedeutung ist, und dass Atmungsstörungen wie Apnoe (das vorübergehende Aussetzen der Atmung) ein charakteristisches Symptom von Rett-Syndrom-Patienten sind, das auch bei Rett-Mäusen auftritt. Unbehandelte mutierte männliche Mäuse und solche, denen die Editase und eine Leit-RNA injiziert wurde, die nicht auf die MECP2-Messenger-RNA abzielte, zeigten eine erwartete hohe Anzahl von Apnoen und unregelmäßigen Atemmustern. Die mutierten männlichen Mäuse, denen ein Virus injiziert wurde, das auf die MECP2-RNA abzielt, hatten jedoch die gleiche Anzahl von Apnoen und Atemmustern wie unbehandelte normale Mäuse.
Zusätzlich zur Verbesserung der Atmung wiesen die mutierten Mäuse mit editierter MECP2-RNA im Vergleich zu den nicht behandelten und den kontrollbehandelten mutierten Mäusen eine längere Lebensspanne auf, starben aber schließlich. Da wir die Ursache dieses Phänotyps nicht kennen, ist es schwierig zu sagen, warum das Überleben nicht vollständig gerettet werden konnte, aber die Autoren hoffen, dass die gezielte Behandlung weiterer Zellen mit Viren der nächsten Generation auch dieses Symptom verbessern wird.
Faktoren, die die Wirksamkeit des RNA-Editierens einschränken
Wichtig ist, dass Dr. Mandel und ihre Kollegen einen limitierenden Faktor für die Maximierung des Editierens von Zellen im Gehirn identifiziert haben: die Expression der Leit-RNA, die das Editase-Enzym auf die MECP2-RNA richtet. Obwohl sowohl die Editase- als auch die Leit-RNA in demselben Virus verpackt waren, war das Muster der Expression dieser beiden wesentlichen Komponenten in den verschiedenen Hirnregionen unterschiedlich und uneinheitlich, wobei der Hirnstamm die meisten Zellen aufwies, die sowohl das Enzym als auch die Leit-RNA exprimierten. Diese wichtige Erkenntnis wirkt sich auf alle leitfadenbasierten Therapien aus, die im Gehirn eingesetzt werden, einschließlich des DNA-Base-Editing, bei dem in der Regel dieselbe Viruskomponente wie in dieser Studie zur Expression von Leit-RNAs verwendet wird. Verbesserungen im Design des Virus und der Elemente, die die Editase und den Leitfaktor im Gehirn kontrollieren, werden wahrscheinlich dazu führen, dass mehr Zellen die Leit-RNA exprimieren und eine entsprechend höhere Anzahl von Zellen die MECP2-Reparatur zeigen, was hoffentlich zu besseren Verhaltensergebnissen führt.
Glückwünsche sind angebracht!
Wir gratulieren Dr. Gail Mandel und Dr. John Sinnamon sowie den übrigen Mitgliedern des Mandel-Labors, die zu dieser sehr wichtigen Arbeit beigetragen haben.
Wir danken auch den Mitgliedern der Rett-Syndrom-Gemeinschaft, die für den RSRT gespendet haben und es uns dadurch ermöglicht haben, das Mandel-Labor in den letzten zehn Jahren zu unterstützen, einschließlich dieser neuesten Arbeit.