งานนี้ตีพิมพ์ในNatureและนำโดยผู้เขียนอาวุโส Mark Zylka, PhD, ผู้อำนวยการศูนย์ประสาทวิทยา UNC และ WR Kenan, Jr. ศาสตราจารย์พิเศษด้านเซลล์ชีววิทยาและสรีรวิทยาวางรากฐานที่สำคัญสำหรับการรักษาที่ยาวนานหรือการรักษาโรคที่ทำให้ร่างกายอ่อนแอ โรค ตลอดจนแนวทางการรักษาสำหรับความผิดปกติของยีนเดี่ยวอื่นๆ

"การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่าอาการหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับโรค Angelman สามารถรักษาได้ด้วยยีนบำบัด CRISPR-Cas9" Zylka กล่าว "และตอนนี้เรากำลังดำเนินการเรื่องนี้ด้วยความช่วยเหลือจากแพทย์ที่ UNC-Chapel Hill"

กลุ่มอาการ Angelman เกิดจากการลบหรือการกลายพันธุ์ของสำเนาของยีนของมารดาที่เข้ารหัสโปรตีน ubiquitin ligase E3A (UBE3A) สำเนาของบิดาของ UBE3A มักจะถูกปิดเสียงในเซลล์ประสาท ดังนั้นการสูญเสีย UBE3A ของมารดาส่งผลให้ไม่มีเอนไซม์ UBE3A อย่างสมบูรณ์ในพื้นที่ส่วนใหญ่ของสมอง นั่นเป็นสิ่งสำคัญเพราะเอ็นไซม์มุ่งเป้าไปที่โปรตีนเพื่อการย่อยสลาย ซึ่งเป็นกระบวนการที่คงไว้ซึ่งการทำงานตามปกติของเซลล์สมอง เมื่อกระบวนการนั้นผิดพลาด ผลที่ได้คือโรคแองเจิลแมน ความผิดปกติของสมองที่มีอาการต่างๆ ซึ่งรวมถึงความบกพร่องทางสติปัญญาและพัฒนาการขั้นรุนแรง อาการชัก และปัญหาเกี่ยวกับการพูด ความสมดุล การเคลื่อนไหว และการนอนหลับ

"การเปิดสำเนา UBE3A ของบิดาเป็นกลยุทธ์การรักษาที่น่าสนใจเพราะสามารถย้อนกลับการขาดโมเลกุลพื้นฐานของโรคได้" Zylka กล่าว อย่างไรก็ตาม ยีนของบิดาถูกระงับโดยสาย RNA ยาวๆ ซึ่งผลิตขึ้นในแนวแอนติเซนส์ไปยัง UBE3A ซึ่งขัดขวางการผลิตเอ็นไซม์จากสำเนาของยีนของบิดา

สมาชิกของห้องปฏิบัติการ Zylka รวมถึงเพื่อนดุษฎีบัณฑิต Justin Wolter, PhD และ Giulia Fragola, PhD, ได้วางแผนที่จะใช้ CRISPR-Cas9 เพื่อฟื้นฟูเอนไซม์ UBE3A ให้อยู่ในระดับปกติโดยรบกวน RNA antisense ข้อมูลเบื้องต้นในการเพาะเลี้ยงเซลล์มีแนวโน้มที่ดีและ Zylka ได้รับทุนจาก NIH, Angelman Syndrome Foundation และ Simons Foundation เพื่อทดสอบการค้นพบของพวกเขาในเซลล์ประสาทของมนุษย์และในรูปแบบเมาส์ของโรค

ในกระดาษNatureผู้ร่วมเขียนคนแรกคือ Wolter และ Hanqian Mao, PhD, postdoc ในห้องทดลอง Zylka และเพื่อนร่วมงานของ UNC อธิบายโดยใช้ยีนบำบัด adeno-associated virus (AAV) เพื่อส่งโปรตีน Cas9 ไปทั่วสมองของหนูตัวอ่อนที่ แบบจำลองแองเจิลแมนซินโดรม เนื่องจาก UBE3A จำเป็นสำหรับการพัฒนาสมองตามปกติ การรักษาตั้งแต่เนิ่นๆ จึงเป็นสิ่งสำคัญ นักวิจัยพบว่าการรักษาตัวอ่อนและหลังคลอดก่อนกำหนดได้ช่วยชีวิตฟีโนไทป์ทางร่างกายและพฤติกรรมที่สร้างแบบจำลองการขาดดุลหลักที่พบในผู้ป่วยกลุ่มอาการแองเจิลแมน ที่น่าสังเกตคือ การฉีด Ube3a บิดาที่ไม่มีการระงับ AAV ในทารกแรกเกิดเพียงครั้งเดียวเป็นเวลาอย่างน้อย 17 เดือน และข้อมูลบ่งชี้ว่าผลกระทบนี้น่าจะเกิดขึ้นอย่างถาวร นักวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าวิธีการนี้มีประสิทธิภาพในเซลล์ประสาทของมนุษย์ในวัฒนธรรม

“เรารู้สึกทึ่งเมื่อได้ผลลัพธ์เหล่านี้” ซิลก้ากล่าว "ปัจจุบันยังไม่มีการรักษาอื่นใดสำหรับโรคแองเจิลแมนนานขนาดนี้ และไม่รักษาอาการต่างๆ มากนัก ฉันมั่นใจว่าในที่สุดคนอื่นๆ จะตระหนักถึงข้อดีของการตรวจหาการกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิดกลุ่มอาการแองเจิลแมนก่อนคลอด และการรักษาหลังจากนั้นไม่นาน"

Wolter กล่าวเสริมว่า "ผลการรักษาตั้งแต่เนิ่นๆ มีแนวโน้มดีมาก เนื่องจากเราได้เรียนรู้ว่าเราสามารถลดความรุนแรงของ Angelman syndrome ในหนูได้ ตอนนี้เราจึงมุ่งเน้นไปที่การปรับแต่งแนวทางของเราให้เหมาะสมสำหรับใช้ในมนุษย์"

ในขณะที่ทำงานเพื่อแปลงานวิจัยนี้เป็นคลินิก ห้องทดลองของ Zylka จะร่วมมือกับนักวิจัยที่สถาบันแคโรไลนาเพื่อพัฒนาการทุพพลภาพ (CIDD) เพื่อระบุอาการในทารกที่มีการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่เป็นสาเหตุของโรค Angelman

ห้องทดลองของ Zylka กำลังทำงานร่วมกับนักวิจัย CIDD ที่นำโดยผู้อำนวยการ CIDD Joseph Piven, MD เพื่อใช้การถ่ายภาพสมองและการสังเกตพฤติกรรมเพื่อระบุอาการที่เกี่ยวข้องกับกลุ่มอาการ Angelman ในทารก รายงานโดยเกร็ดเล็กเกร็ดน้อยแนะนำว่าทารกเหล่านี้มีปัญหาในการป้อนอาหารและลดกล้ามเนื้อ แต่อาการเหล่านี้และอาการอื่นๆ ในระยะเริ่มแรกยังไม่ได้รับการระบุลักษณะที่เคร่งครัดจนถึงปัจจุบัน

"แนวคิดคือการใช้การทดสอบทางพันธุกรรมเพื่อระบุทารกที่มีแนวโน้มว่าจะเป็นโรค Angelman รักษาก่อนคลอดหรือในช่วงที่เกิด และจากนั้นใช้อาการเริ่มแรกเหล่านี้เป็นจุดยุติในการประเมินประสิทธิภาพในการทดลองทางคลินิก" Zylka กล่าว "ข้อมูลของเราและของกลุ่มอื่น ๆ แสดงให้เห็นชัดเจนว่าการรักษาก่อนคลอดมีศักยภาพที่จะป้องกันไม่ให้กลุ่มอาการ Angelman พัฒนาเต็มที่"

ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาNatureนักวิจัยยังพบว่าเวกเตอร์บำบัดด้วยยีนปิดกั้น antisense RNA โดยการรวมเข้ากับจีโนมที่ไซต์ที่ตัดโดย CRISPR-Cas9 ที่เรียกว่า "กับดักยีน" นี้สามารถใช้ประโยชน์เพื่อขัดขวาง RNA และยีนที่ไม่ได้เข้ารหัสที่มีความยาวอื่น ๆ

Zylka กล่าวเสริมว่า "เรารู้สึกตื่นเต้นอย่างไม่น่าเชื่อที่จะทำให้งานนี้ก้าวไปข้างหน้าด้วยความหวังที่จะช่วยเด็กและครอบครัวเอาชนะสภาพที่ทำให้ร่างกายอ่อนแอนี้ การสนับสนุนจาก NIH, Simons Foundation และ Angelman Syndrome Foundation เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการขับเคลื่อนงานนี้ไปข้างหน้า"