So wie ein Arzt die Dosis eines Medikaments an die Bedürfnisse des Patienten anpasst, muss auch die Expression therapeutischer Gene, also solcher Gene, die in einer Person verändert werden, um eine Krankheit mittels Gentherapie zu behandeln oder zu heilen, innerhalb eines therapeutischen Fensters gehalten werden. Es ist wichtig, innerhalb des therapeutischen Fensters zu bleiben, da zu viel Protein toxisch sein könnte und zu wenig zu einer geringen oder keiner therapeutischen Wirkung führen könnte.
Obwohl das Prinzip des therapeutischen Fensters seit langem bekannt ist, gibt es keine Strategie, es sicher umzusetzen, was die potenziellen Anwendungen der Gentherapie in der Klinik einschränkt. In ihrer aktuellen, im Fachmagazin veröffentlichten Studie NaturbiotechnologieForscher des Baylor College of Medicine berichten über eine Technologie zur wirksamen Regulierung der Genexpression, eine vielversprechende Lösung, um diese Lücke zu schließen in klinischen Anwendungen der Gentherapie.
Obwohl es in Säugetierzellen mehrere Genregulationssysteme gibt, wurde keines von der US-amerikanischen Food and Drug Administration für klinische Anwendungen zugelassen, hauptsächlich weil diese Systeme ein regulatorisches Protein verwenden, das dem menschlichen Körper fremd ist und eine Immunantwort dagegen auslöst . Das bedeutet, dass die Zellen, die das therapeutische Protein exprimieren, vom Immunsystem des Patienten angegriffen, eliminiert oder neutralisiert würden, was die Therapie unwirksam machen würde.“
Dr. Laising Yen, Korrespondierender Autor, außerordentlicher Professor für Pathologie und Immunologie sowie für Molekular- und Zellbiologie in Baylor
Seit mehr als einem Jahrzehnt arbeiten Yen und seine Kollegen an dieser Technologie und haben nun eine Lösung gefunden, um die größten Hindernisse bei der klinischen Anwendung zu überwinden. „Die von uns gefundene Lösung beinhaltet kein fremdes regulatorisches Protein, das bei Patienten eine Immunantwort hervorruft. Stattdessen verwenden wir kleine Moleküle zur Interaktion mit RNA, die normalerweise keine Immunantwort auslösen“, sagte Yen. „Andere Gruppen haben ebenfalls versucht, dieses kritische Problem zu lösen, aber die von ihnen verwendeten Medikamentenkonzentrationen übersteigen die von der FDA für Patienten zugelassenen. Wir konnten unser System so konstruieren, dass es bei der von der FDA zugelassenen Dosierung funktioniert.“ „
Ein Schalter zum Ein-/Ausschalten von Genen auf Befehl
Yen und seine Kollegen haben ein System entwickelt, das Gene mithilfe kleiner Moleküle in von der FDA zugelassenen Dosen auf ein bestimmtes Signal hin aktiviert. Der Schalter befindet sich in der RNA, der Kopie des genetischen Materials, die in ein Protein übersetzt wird. Dieser Ansatz ermöglicht es den Forschern, die Produktion des Proteins durch die Kontrolle seiner RNA einen Schritt zurück zu steuern.
Die RNA von Interesse wird zunächst so manipuliert, dass sie ein zusätzliches PolyA-Signal enthält, ähnlich einem „Stoppschild“, das Gene natürlicherweise verwenden, um das Ende eines Gens zu markieren. Wenn die Zellmaschinerie ein PolyA-Signal in der RNA erkennt, führt sie automatisch einen Schnitt durch und definiert den Schnittpunkt als Ende der RNA. „In unserem System verwenden wir das hinzugefügte PolyA-Signal nicht am Ende, sondern am Anfang der RNA, sodass der Schnitt die RNA zerstört und daher standardmäßig keine Proteinproduktion erfolgt. Es wird ausgeschaltet, bis wir es mit einschalten.“ das kleine Molekül“, sagte Yen.
Um das Gen im gewünschten Ausmaß einzuschalten, konstruierte das Team einen Schalter an der RNA. Sie haben einen Abschnitt der RNA in der Nähe des PolyA-Signals so verändert, dass er nun an ein kleines Molekül, in diesem Fall an von der FDA zugelassenes Tetracyclin, binden kann. „Wenn Tetracyclin an den Abschnitt bindet, der als Sensor auf der RNA fungiert, maskiert es das PolyA-Signal und die RNA wird nun in Protein übersetzt“, sagte Yen.
Stellen Sie sich die jetzt mögliche zukünftige Situation vor. Ein Patient hat eine Gentherapie erhalten, die ein Gen bereitstellt, um eine Fehlfunktion des Gens zu kompensieren, das eine Krankheit verursacht. Das Gen, das der Patient erhalten hat, verfügt über den Schalter, der es dem Arzt ermöglicht, die Produktion des therapeutischen Proteins zu steuern. Benötigt der Patient nur eine geringe Menge des therapeutischen Proteins, nimmt er nur eine geringe Dosis Tetracyclin ein, wodurch das therapeutische Gen nur wenig aktiviert wird. Wenn der Patient mehr therapeutisches Protein benötigt, würde er/sie mehr Tetracyclin einnehmen, um die Produktion anzukurbeln. Um die Produktion des therapeutischen Proteins zu stoppen, bricht der Patient die Einnahme von Tetracyclin ab. Wenn kein Tetracyclin vorhanden ist, wird der Schalter wieder in die standardmäßige Aus-Position zurückgestellt. Einige Krankheiten können von der Anwesenheit konstant niedriger Mengen an therapeutischem Protein profitieren. In diesem Fall verfügt die Technologie über die Flexibilität, das Standardniveau vorab an bestimmte Proteinexpressionsniveaus anzupassen und gleichzeitig die Möglichkeit zu behalten, die Expression mit Tetracyclin zu erhöhen.
„Diese Strategie ermöglicht es uns, die Genexpression eines therapeutischen Proteins präziser zu steuern. Sie ermöglicht es uns, seine Produktion an das Krankheitsstadium anzupassen oder auf die spezifischen Bedürfnisse des Patienten abzustimmen, und das alles unter Verwendung der von der FDA zugelassenen Tetracyclin-Dosis.“ sagte Yen. „Unser Ansatz ist nicht krankheitsspezifisch, er kann theoretisch zur Regulierung der Expression jedes Proteins verwendet werden und hat möglicherweise viele therapeutische Anwendungen. Darüber hinaus ist dieses System kompakter und einfacher zu implementieren als die bestehenden Technologien. Daher ist es auch.“ kann im Labor sehr nützlich sein, um ein Gen von Interesse ein- oder auszuschalten, um seine Funktion zu untersuchen.“
Liming Luo, Jocelyn Duen-Ya Jea, Yan Wang und Pei-Wen Chao, alle vom Baylor College of Medicine, haben ebenfalls zu dieser Arbeit beigetragen.
Diese Arbeit wurde durch ein E&M Foundation Pre-Doctoral Fellowship for Biomedical Research, NIH-Stipendien (R01EB013584, UM1HG006348, R01DK114356, R01HL130249, P30 CA125123 und S10 RR024574), Biogen SRA, einen Startkapitalfonds der Abteilung für Pathologie und Immunologie am Baylor College of Medicine unterstützt und CPRIT Core Facility Support Award CPRIT-RP180672.
Quelle:
Baylor College of Medicine
Zeitschriftenreferenz:
Luo, L., et al. (2024). Kontrolle der Genexpression von Säugetieren durch Modulation der PolyA-Signalspaltung an der 5′-UTR. Naturbiotechnologie. doi.org/10.1038/s41587-023-01989-0.
