Een nieuwe strategie voor de behandeling van een verscheidenheid aan ziekten die bekend staan ​​als RNA-repeat-expansiestoornissen, die miljoenen mensen treffen, heeft veelbelovend getoond in proof-of-principle-tests uitgevoerd door wetenschappers van Scripps Research.

De resultaten suggereren dat op een dag, een handvol goed gerichte medicijnen zou in staat kunnen zijn om de meer dan 40 menselijke aandoeningen te behandelen - waaronder de ziekte van Huntington en varianten van amyotrofische laterale sclerose (ALS) - die voortkomen uit RNA-herhalende expansies.

"Deze studie legt een basis voor de ontwikkeling van medicijnen die meerdere herhaalde expansieziekten kunnen aanpakken door zich te richten op gedeelde abnormale structuren op hun RNA's, ", zegt hoofdonderzoeker Matthew Disney van de studie, doctoraat, hoogleraar scheikunde bij Scripps Research.

Bij RNA-herhalende expansieziekten, mutante genen bevatten overtollig DNA in de vorm van tientallen of zelfs honderden zich herhalende korte strengen DNA-'letters'. In cellen waar deze mutante genen actief zijn, dat DNA wordt gekopieerd naar RNA-moleculen op weg om te worden vertaald in eiwitten. De resulterende abnormale RNA's kunnen op verschillende manieren problemen veroorzaken, zoals door op te vouwen tot structuren die giftig zijn voor cellen.

In de studie, gepubliceerd in Cel Chemische Biologie , de wetenschappers toonden aan dat een potentieel medicijnmolecuul dat ze ontwikkelden het giftige RNA kan neutraliseren dat twee verschillende herhalingsexpansiestoornissen veroorzaakt, myotone dystrofie 1 (DM1) en Fuchs endotheliale corneadystrofie (FECD). In het laatste geval, het kan dit doen door een onverwacht maar krachtig mechanisme.

Genetische ziekten die dringend een behandeling nodig hebben

DM1 treft naar schatting ongeveer 140, 000 mensen in de Verenigde Staten. Het kan zich overal manifesteren, van de kindertijd tot de volwassenheid. En hoewel het de levensduur niet altijd verkort, het brengt vaak een slopende reeks symptomen met zich mee, waaronder spierzwakte en pijn, staar, en ademhalings- en gastro-intestinale problemen. De aandoening wordt veroorzaakt door een gemuteerde kopie van een gen genaamd DMPK, wiens RNA's tientallen tot honderden herhalingen van de RNA-letters "CUG" bevatten.

FECD, die progressieve schade aan het hoornvlies van het oog veroorzaakt, waardoor vaak een hoornvliestransplantatie nodig is, heeft een relatief hoge prevalentie; studies suggereren dat het zich manifesteert bij ten minste enkele procenten van de blanke mensen ouder dan 50. De aandoening wordt veroorzaakt door een gemuteerde versie van een gen genaamd TCF4, waarvan de RNA's ook abnormaal lange CUG-herhalingen bevatten.

Deze aandoeningen komen voort uit verschillende gemuteerde genen, en verschijnen bijgevolg in verschillende celtypes, maar omvatten vrijwel hetzelfde toxische mechanisme:in elk geval de opname van een abnormaal lange reeks CUG-herhalingen zorgt ervoor dat het RNA dat van het gen is gekopieerd, structuren vormt die "kleverig" zijn aan bepaalde andere eiwitten in de cel, en ze effectief te vangen, zodat ze hun werk in de cel niet kunnen doen. De uitputting van een van deze gevangen eiwitten, MBNL1, is een bijzonder belangrijke oorzaak van celbeschadiging en symptomen bij DM1 en FECD.

Bemoedigende resultaten in preklinische tests

Voor de nieuwe studie Disney en zijn team gebruikten geavanceerde computationele methoden om een ​​klein organisch molecuul te ontwerpen dat selectief bindt aan de abnormale CUG-expansie-RNA's die worden aangetroffen in door MD1- en FECD aangetaste cellen. voorkomen dat deze RNA's MBNL1 vangen.

Om het molecuul te evalueren en te verbeteren, het team gebruikte een unieke tool die ze eerder hadden ontwikkeld, Concurrerende Chem-CLIP, waardoor ze het vermogen van hun molecuul konden testen om selectief toxische CUG-expansiestructuren te herkennen.

Het team toonde aan dat in gekweekte cellen afkomstig van patiënten met DM1 evenals in een diermodel van de ziekte, hun verbeterde designermolecuul verminderde met succes de uitputting van MBNL1 en het verlies van zijn functie.

In FECD-cellen, het medicijnmolecuul werkte ook om tekenen van ziekte te voorkomen, maar deze keer door een ander en potentieel krachtiger mechanisme. In FECD-cellen, de ziekteverwekkende genmutatie vindt plaats in een niet-coderend deel van het gen dat een intron wordt genoemd. Normaal gesproken, introns worden, wanneer ze in RNA worden gekopieerd, vrijwel onmiddellijk uit het RNA geknipt en afgebroken door verwijderingssystemen in de cel. In FECD, de aanwezigheid van de CUG-repeat-expansie voorkomt dat het aangetaste intron wordt weggesneden. Echter, Disney en zijn team ontdekten dat hun molecuul die uitsnijding mogelijk maakt, zodat het abnormale RNA-element niet alleen wordt geblokkeerd maar vernietigd.

Het aanpakken van giftige RNA's met kleine organische moleculen die in pilvorm kunnen worden gebracht, was over het algemeen een hele uitdaging, tot dusver, Disney notities, maar de bevinding in deze studie wijst op de veelbelovende mogelijkheid om dergelijke moleculen niet alleen te gebruiken om slechte RNA's te blokkeren, maar om hun vernietiging op gang te brengen.

"Als een medicijn ervoor zorgt dat een toxisch RNA wordt vernietigd in plaats van het alleen te blokkeren, dan moet het effect langer aanhouden, " hij zegt.

Nadat ze hun proof-of-principle demonstratie hebben uitgevoerd, hij en zijn team, waaronder een startend biotechbedrijf, Uitbreiding Therapeutica, blijven de in de studie geteste molecule ontwikkelen als een mogelijke medicamenteuze behandeling voor DM1 en FECD.

De onderzoekers volgen ook een vergelijkbare benadering bij het ontwikkelen van mogelijke medicamenteuze behandelingen voor RNA-herhalingsexpansieziekten waarbij CAG-herhalingen betrokken zijn, waaronder de progressieve en fatale neurologische aandoening die bekend staat als de ziekte van Huntington.

Disney merkt op dat de computationele benadering van zijn groep voor het ontdekken van geneesmiddelen, versus traditionele methoden waarbij grote sets worden gescreend, of bibliotheken, van moleculen, geeft hen een groot voordeel:"Ons vermogen om computergestuurd ontwerp te maken, stelt ons in staat om snel initiële verbindingen te krijgen, en test ze snel, "zegt Disney.