Jeff CarrollSkrevet af Dr Jeff Carroll Redigeret af Dr Tamara Maiuri Oversat af Nanna Balle Mikkelsen

Et spændende nyt værktøj til at bekæmpe Huntingtons sygdom er netop blevet beskrevet. En international gruppe af forskere har udviklet en ny metode målrettet på at sænke niveauet af det muterede huntingtin-protein.

Huntingtin-genetik: Fra gen til protein

Huntingtons sygdom (HS) skyldes en genetisk forandring – eller mutation – i DNA’et i et specifikt gen. Forskere kalder genet huntingtin. Ligesom alle andre DNA-stykker i vores celler er huntingtin-genet opbygget af fire kemiske bogstaver, som gentages i et unikt mønster, hvilket giver dem deres unikke funktioner.

Ulig ASOs og siRNA, som rammer RNA, rammer ZEPs DNA.
Ulig ASOs og siRNA, som rammer RNA, rammer ZEPs DNA.

De fire DNA-bogstaver kaldes ved forkortelserne af deres kemiske navne, ’A’, ’C’, ’T’ og ’G’. Alle tilfælde af HS skyldes en forlængelse af en lang række af DNA-bogstaverne ’C-A-G’ i begyndelsen af huntingtin-genet. Hos de fleste mennesker – dem, som ikke er disponeret for at udvikle HS – er ’C-A-G’-koden gentaget omkring 20 gange, grundet årsager, vi endnu ikke fuldt ud forstår.

HS opstår når en person arver en forlænget række af ’C-A-G’, og sygdommen vil uundgåeligt opstå hos mennesker, som arver 40 eller flere ’C-A-G’-gentagelser. Bemærk, at alle har to forskellige kopier af huntingtin-genet – én arvet fra moren og én arvet fra faren. Langt størstedelen af HS-patienter har en normal kopi med et lavt antal ’C-A-G’-gentagelser og en muteret kopi med flere gentagelser.

De fleste gener, inklusiv huntingtin-genet, bliver brugt som instruktionsmanualer af cellerne til at bygge proteiner – som er bittesmå molekylære komponenter, der hjælper cellerne med at gøre deres arbejde. I cellerne hos mennesker med HS-mutationen er der således to forskellige versioner af huntingtin-genet, og disse instruerer cellerne i at lave to forskellige versioner af huntingtin-proteinet.

Sænkning af huntingtin

Et vigtigt fokus inden for HS-forskningsverdenen lige nu er at undersøge, om ”huntingtin-sænkende”-strategier kan vise sig at være effektive til behandling af HS. Målet ved huntingtin-sænkende behandlinger er at bremse, eller forsinke, cellernes brug af information fra huntingtin-genet til at danne huntingtin-proteinet.

Dyreforsøg peger på, at hvis mængden af det huntingtin-protein, som dannes af det muterede huntingtin-gen, kan sænkes, giver det et håb om, at HS-symptomerne kan reduceres. Flere medicinalvirksomheder anvender en bred vifte af metoder til at sænke huntingtin som potentielle nye behandlingsformer for HS. Vi har beskrevet den generelle ide om huntingtin-sænkning her her, med nyere opdateringer omkring huntingtin-sænkende medikamenter kaldet ASOs her og her samt andre metoder her og her.

Og nu, ZFPs

Biotek-virksomheden Sangamo Therapeutics har i flere år arbejdet med en anden måde at reducere mængden af proteiner på: Ved at kontrollere om et gen bliver tændt eller aktiveret. Deres teknologi bygger på små molekylære konstruktioner kaldet zinc finger protein transcription factors. Det er lidt af en mundfuld, så vi vil blot anvende forkortelsen ZFPs. Ligesom de andre huntingtin-sænkende teknologier, vi tidligere har beskrevet, er målet for forskerne, der anvender ZEPs i forbindelse med HS, at reducere huntingtin-niveauet i cellerne.

Mens den grundlæggende idé er den samme, er måden ZEPs virker på ganske unik sammenlignet med eksisterende huntingtin-sænkende teknologier. Eksisterende huntingtin-sænkende medikamenter virker ved at ramme et mellemliggende trin mellem huntingtin-genets information i DNA og dannelsen af huntingtin-proteinet. Informationen i generne læses ved først at kopiere DNA’et til det nært beslægtede RNA, der så efterfølgende oversættes til proteiner. Denne mellemliggende RNA-budbringer er på nuværende tidspunkt målet for huntingtin-sænkende medicin i klinikken.

Men ZEPs udviklet af Sangamo og samarbejdspartnere virker på en meget anderledes måde. Vores celler indeholder nogle proteiner, der virker som bittesmå knibtænger, der er formet præcist sådan, at de kan få fat i specifikke DNA-sekvenser. (Nerd alert – tængerne holdes sammen af et zink-atom, hvilket forklarer det sjove navn)

# ZFPs til HS?

»Ulig metoder, som rammer huntingtin-RNA, vil celler behandlet med ZEPs overhovedet ikke aktivere huntingtin-genet. «

I mange år har forskere arbejdet for at forstå de naturligt forekommende ZEPs i håbet om, at de ville kunne omprogrammere disse til at gribe fast i nye, specifikke DNA-sekvenser. Sangamo har været førende inden for dette felt og udviklet en slags værktøjskasse af brugerdefinerede ZEPs, som kan ramme næsten alle DNA-sekvenser.

Hvorfor gøre dette, hvad er pointen med at udvikle brugerdefinerede DNA-bindende knibtænger? Jo, det ser ud til, at vi kan sætte forskellige komponenter fast på disse tænger, og nogle af dem kan gøre meget interessante ting ved DNA’et, der hvor tængerne griber fast. For eksempel ved forskerne , at de kan koble en slags cellulært stoptegn til zink-fingrene, der kan blokere for, at cellen aktiverer det ramte gen.

En nylig publikation beskriver Sangamos arbejde med at udvikle ZEPs til brug for HS, på baggrund af et stort samarbejde med CHDI Foundation og HS-forskere fra hele verden. Efter en møjsommelig screeningsindsats kunne de udvikle nye ZEPs, som kan gribe fast i huntingtin-genet – i DNA’et – og blokere for, at det aktiveres. I modsætning til andre metoder, som rammer huntingtin-RNA’et, vil celler behandlet med disse ZEPs i udgangspunktet aldrig aktivere huntingtin-genet.

Endnu bedre er det, at teamet var i stand til at udvikle ZEPs, som udelukkende slukker for den muterede kopi af huntingtin-genet, mens den normale kopi lades tilbage helt urørt. Sangamo testede muligheden for at skelne mellem én af de mindste CAG-størrelser, som forårsager HS hos mennesker (38 CAG-gentagelser), mens den normale kopi af huntingtin-genet ikke røres.

Lovende resultater i mus

Efter at have vist at deres nye ZEPs kunne slukke specifikt for det muterede huntingtin, foretog teamet dernæst en række meget veludførte dyreforsøg for at se, om deres redskaber kunne benyttes i hjernerne på dyr, som har HS-lignende mutationer. Mere konkret testede de to forskellige dyremodeller af HS – én med meget hurtigt fremskridende symptomer, og en anden med mere diskrete og langsomme forandringer.

I begge tilfælde førte tilførsel af ZEP til musenes hjerner til en reduktion af huntingtin-proteinet. Det hjalp desuden på nogle af musenes symptomer, hvilke minder lidt om dem, vi kan observere hos HS-patienter.

Det er forholdsvist nemt at teste eksperimentelle medikamenter som dette hos mus. Forskere kan samle hjernevæv fra dyr og studere det nøje, men lignende studier er umulige at foretage hos HS-patienter, som bliver ret utilfredse, hvis man tager stykker af deres hjerner. Da det er meget svært at overføre studier i mus til mennesker, foretog forskerne andre typer af eksperimenter for at afklare, om ZEP-behandlingen skabte forbedringer på en måde, som også kan måles hos mennesker.

Ved at anvende avancerede hjerneskanningsteknikker var forskerne faktisk i stand til at observere fordele ved ZEP-behandlingen i HS-ramte mus. Disse veletablerede teknikker kan også bruges på mennesker, så hvis vi ønsker at teste ZEPs i studier af mennesker, kan vi håbe, at vi kan undersøge for forbedringer uden at behøve at udtage væv.

# Hvilke risici og fordele er der ved ZFPs?

Forskere kan koble  en form for cellulært stopsignal til ’zink fingers’, hvilket blokerer for, at cellerne aktiverer et gen.
Forskere kan koble en form for cellulært stopsignal til ’zink fingers’, hvilket blokerer for, at cellerne aktiverer et gen.

Som ved enhver anden potentiel behandlingsform for HS er der fordele og ulemper ved brugen af ZEPs. I teorien er det en meget bedre metode helt at slukke for proteinproduktionen fra et muteret gen end at prøve at rydde op i RNA og protein bagefter. Vi ved ikke fuldstændigt hvilke RNA- og proteintyper, som har en giftig effekt på cellerne, så at slukke helt for dem synes umiddelbart at være den bedste fremgangsmåde.

Derudover viser data af Sangamo og deres samarbejdspartnere en meget bekvem egenskab, som kan skelne mellem den normale kopi af huntingtin-genet og den muterede kopi. Udelukkende at slukke for den muterede kopi og skåne den anden kopi er, i teorien, at foretrække, fordi vi stadig ikke kender alle risici forbundet med at påvirke den normale kopi.

På minussiden er, at de ZEPs, som Sangamo og samarbejdspartnere har udviklet, er gener i sig selv, som må overføres til alle de celler, vi gerne vil behandle. At bruge gen-overførsel til at behandle en sygdom bliver generelt kaldt for genterapi. For at ZEP-genterapi skal kunne fungere som en effektiv behandling for HS, vil det kræve bestemte interventioner. DNA’et, som koder for ZEPs, skal således pakkes i viruspartikler, der kan injiceres i hjernen.

Ligesom ved enhver anden form for medicin kan der være uforudsete konsekvenser af de ZEPs, der er udviklet er Sangamo og samarbejdspartnere. Den mest oplagte bekymring omkring ZEPs er nok, om andre gener – ud over huntingtin – ved et uheld bliver ramt og dermed reduceres. Forskningsteamet har foretaget ret detaljerede undersøgelser af denne mulige risiko i cellerne, men selvfølgelig kan tingene være mere komplicerede i hjernen.

Den bedste måde at finde ud af, om disse ZEPs er ligeså brugbare, som man kan håbe, er at udføre studier i mennesker. Hertil har Sangamo indgået et partnerskab med den store japanske medicinalvirksomhed Takeda, som har ekspertisen og ressourcerne til at gennemføre sådanne studier. Hold dig opdateret på HDBuzz for nyheder omkring fremtidige studier med ZEPs hos HS-patienter.

Alt i alt

Dette spændende nye studie bidrager med en anden vinkel i forhold til, hvordan huntingtin kan reduceres, og hvordan det kan tackles i klinikken. Studiet er veludført og efterlader os velforberedte til overvejelser vedrørende test af ZEPs i kliniske forsøg i mennesker. Det er meget spændende at følge dygtige forskere fra hele verden fortsætte arbejdet med at udvikle nye metoder til behandling af HS.

Sammenlignet med andre huntingtin-sænkende metoder ser disse nye ZEPs ud til at rumme nogle interessante fordele, som vi ser frem til vil blive testet hos HS-patienter. Hold dig opdateret på HDBuzz for mere dækning af huntingtin-sænkende behandlinger!