Спинальная мышечная атрофия (СМА) это заболевание, разбивающее сердца, однако оно больше не является загадкой.
Это заболевание моторных нейронов является ведущей генетической причиной смертности у детей. Более половины младенцев, рожденных с СМА, умирают не достигнув второго дня рождения. Лечения не существует.
Это заболевание моторных нейронов является ведущей генетической причиной смертности у детей. Более половины младенцев, рожденных с СМА, умирают не достигнув второго дня рождения. Лечения не существует.
И все же ученые уже давно знают генетическую проблему лежащую в основе: мутации в SMN1 гене, который вырабатывает белок выживаемости мотонейронов (survival motor neuron protein, SMN). При недостаточности SMN белка моторные нейроны поражаются и умирают. Эволюцией был создан запасной план в виде SMN2 гена – очень похожей копии, которая также вырабатывает крайне необходимый белок. Этот запасной ген, однако, плохо справляется с выработкой SMN белка из-за незначительной разницы в его нуклеотидной последовательности, которая вызывает различные проблемы в ходе сборки белка.
Исследователи Института Биомедицинских Исследований компании Новартис (NIBR) сообщают о потенциальном решении этой проблемы в опубликованном онлайн журнале “Природа Химической Биологии» от 1 Июня 2015г. Они обнаружили молекулу, которая увеличивает выработку SMN белка в моделях клеток и животных, а также продемонстрировали, как действующее вещество, которое в настоящее время тестируется в клиническом исследовании проводимом в Европе, возможно будет работать.
«Наше вещество потенциально сможет стимулировать выработку SMN с помощью сложного клеточного механизма, известного как сплайсосома», сообщает Susanne Swalley – соавтор публикации и исследователь в отделе эволюционных и молекулярных путей Института Биомедицинских Исследований NIBR.
Чтобы понять, что было сделано командой ученых, необходимо более внимательно рассмотреть путь сборки белка.
Стык жизни
ДНК состоит из участков, называемых экзонами (которые выполняют функцию матрицы для белков) и интронов (которые эту функцию не выполняют). Первоначально, как экзоны, так и интроны, считываются в РНК. В дальнейшем эта РНК разрезается и снова склеивается чтобы соединить вместе только экзоны, с которых затем будет считан белок. Нарезка и сборка осуществляется клеточными «сплайсосомами», которые вновь собирают РНК в процессе подготовки к продукции белка. В случае с SMN2, обычно при сплайсинге (склеивание экзонов в процессе создания РНК) теряется 7 экзон и таким образом образуется очень небольшое количество полноразмерного (полноценного) белка SMN. Этого оказывается достаточно, чтобы обеспечить развитие эмбриона, но недостаточно чтобы поддерживать здоровье ребенка.
Научные сотрудники Новартиса были решительно настроены найти вещество, которое потенциально могло бы увеличить выработку полноразмерного SMN белка.
Проект был начат со скрининга высокой пропускной способности 1.4 миллиона молекул на клеточной линии нейронов, с использованием двух флуоресцентных маркеров SMN2 сплайсинга – один для полноразмерного SMN и другой для SMN без экзона 7.
«Мы спроектировали маркеры чтобы вытащить иглу из стога сена», объясняет Rajeev Sivasankaran, последний соавтор и старший исследователь в неврологическом отделе Института NIBR. “В результате мы нашли некоторые многообещающие молекулы».
Последующий контроль этих молекул выявил одну, которая подала некоторую надежду при использовании на моделях мышей, страдающих тяжелой формой СМА. Под руководством Sivasankaran и химика Natalie Dales многолетние усилия, которые были направлены на оптимизацию лекарство-подобных свойств этой молекулы, повышение выработки SMN белка и ее эффективности на мышах с тяжелой формой СМА, наконец-то привели к выявлению LMI070 (NVS-SM1) – небольшой молекулы, которая в настоящее время тестируется в клиническом исследовании на младенцах с наиболее тяжелой формой заболевания.
Поиски связей
Как же работает LMI070? Команда ученых подозревала, что вещество воздействует на сплайсосомы. Создание единой последовательности РНК продемонстрировало, что LMI070 регулирует только очень небольшое количество сплайсингов, снижая, таким образом, беспокойство ученых относительно избирательности действия вещества и возникновения возможных побочных эффектов.
Однако как же вещество может действовать избирательно?
Сплайсосомы включены в процесс сшивания матриц для тысяч белков. Почему молекула LMI070 не воздействует на другие матрицы?
Обычные средства для определения механизма действия, используемые научными сотрудниками, «не выявили какой либо реализуемой гипотезы которая бы объяснила избирательность», заявил Swalley. «Все, что мы пробовали в начале, не работало».
К счастью, соавторы работы James Palacino и Cheng Song нашли решение. Они сделали вывод, что должно быть что-то особенное в последовательности SMN2 гена, что объясняет селективность. Тогда они взяли отвлеченный ген, на который вещество LMI070 не имело никакого эффекта, и добавили части SMN2 к этому гену чтобы спроектировать серию SMN2-подобных генов, каждый из которых имел немного другую последовательность. Затем они внедрили каждый SMN2-подобный ген в нейронные клетки мышей чтобы понаблюдать, работает ли там молекула LMI070.
К счастью, соавторы работы James Palacino и Cheng Song нашли решение. Они сделали вывод, что должно быть что-то особенное в последовательности SMN2 гена, что объясняет селективность. Тогда они взяли отвлеченный ген, на который вещество LMI070 не имело никакого эффекта, и добавили части SMN2 к этому гену чтобы спроектировать серию SMN2-подобных генов, каждый из которых имел немного другую последовательность. Затем они внедрили каждый SMN2-подобный ген в нейронные клетки мышей чтобы понаблюдать, работает ли там молекула LMI070.
Используя эту искусную стратегию они смогли точно определить специфическую последовательность гена SMN2, являющуюся ключевой в действии LMI070.
Команда исследователей сосредоточилась на участке SMN2 гена, находящуюся на грани с экзоном 7. Это та область, которая взаимодействует со сплайсинговым механизмом, а точнее с одним из пяти комплексов сплайсосом, известным как U1 малые ядерные рибонуклеопротеины (small nuclear ribonuclear proteins, snRNP). В дальнейшем команда обнаружила, что LMI070 работает путем стабилизирования связи SMN2 и U1 snRNP в этом определенном участке, создавая таким образом больше РНК, которая правильно сращена чтобы служить матрицей для полноразмерного SMN белка.
Наконец исследователи смогли описать механизм работы. К тому же, как раз в январе была опубликована, кристаллографическая модель U1 snRNP и она совпадает с их гипотезой.
«Я все еще изумляюсь тому, что мы смогли разобраться в этом сложном механизме», заявил Swalley. И если вещество действует так, как мы надеемся, оно будет воздействовать на пациентов, оно имеет потенциал внести огромный вклад».
Полученный опыт также может помочь в лечении других генетических заболеваний, где поврежден механизм сплайсинга. Среди них некоторые формы аутизма, бета-талассемии, некоторые типы рака толстой кишки, редкое мышечное заболевание миотоническая дистрофия, и болезнь стремительного старения прогерия.
«Мы с нетерпением ждем как наша молекула будет продвигаться в клинических исследованиях для одной из наиболее нереализованных потребностей медицины, и верим, что этот принципиально новый механизм выстелит дорогу для разработки модуляторов избирательного сплайсинга для других заболеваний», заявил Sivasankaran.
Эрик Бендер, июнь 2015
Благодарим за перевод Янину Флоссбах и врача-генетика Екатерину Кацанда.
Источник
16.01.2016
Благодарим за перевод Янину Флоссбах и врача-генетика Екатерину Кацанда.
Источник
16.01.2016
