Потенциальное лекарство от аутизма: Новое исследование показало, что генная терапия может лечить синдром Питта-Хопкинса

Новое исследование, проведенное в лаборатории доктора философии Бена Филпота (Ben Philpot) в Центре нейронаук UNC, показало, что восстановление утраченной активности генов предотвращает появление многих признаков заболевания на животной модели синдрома Питта-Хопкинса — редкого заболевания нейроразвития, обусловленного одним геном.

Синдром Питта-Хопкинса — редкое генетическое заболевание, обусловленное мутацией в гене TCF4 на хромосоме 18. Синдром Питта-Хопкинса характеризуется задержкой развития, возможными нарушениями дыхания, такими как эпизодическая гипервентиляция и/или задержка дыхания в бодрствующем состоянии, повторяющимися судорогами/эпилепсией, желудочно-кишечными расстройствами, отсутствием речи и характерными чертами лица. Дети с диагнозом «синдром Питта-Хопкинса» часто проявляют жизнерадостность, часто улыбаются и смеются.

Распространенность синдрома Питта-Хопкинса в общей популяции неясна. Однако, по некоторым оценкам, частота синдрома Питта-Хопкинса составляет от 1 на 34 000 до 1 на 41 000 человек. Это заболевание поражает как мужчин, так и женщин и не ограничивается какой-либо одной этнической группой.

Синдром Питта-Хопкинса относится к расстройствам аутистического спектра, и у некоторых людей, страдающих этим заболеванием, диагностируются аутизм, «нетипичные» аутистические черты и/или дисфункция сенсорной интеграции. Многие исследователи считают, что лечение синдрома Питта-Хопкинса приведет к появлению методов лечения аналогичных расстройств, поскольку он генетически связан с аутизмом и другими заболеваниями.

Впервые исследователи из Медицинской школы Университета Северной Каролины показали, что постнатальная генная терапия может предотвратить или обратить вспять многие негативные последствия синдрома Питта-Хопкинса, редкого генетического заболевания. Тяжелая задержка развития, умственная отсталость, дыхательные и двигательные аномалии, тревожность, эпилепсия и умеренные, но характерные аномалии лица — все это симптомы данного расстройства аутистического спектра.

Ученые, опубликовавшие свои результаты в журнале eLife, создали экспериментальную методику генной терапии, позволяющую восстановить нормальную работу гена-дефицита у людей с синдромом Питта-Хопкинса. Препарат предотвратил появление таких признаков заболевания, как тревожно-подобное поведение, нарушения памяти и аномальная экспрессия генов в пораженных клетках мозга у новорожденных мышей, которые в противном случае моделировали бы этот синдром.

«Эта первая демонстрация позволяет предположить, что восстановление нормального уровня гена синдрома Питта-Хопкинса является жизнеспособным методом лечения синдрома Питта-Хопкинса, который в настоящее время не имеет специфического лечения», — сказал старший автор Бен Филпот, доктор философии, заслуженный профессор клеточной биологии и физиологии Кенана в медицинской школе UNC и ассоциированный директор Центра нейронаук Университета Северной Каролины (UNC).

Изображение участка мозга: белок Cre (зеленый), доставленный в клетки в качестве генной терапии с помощью AAV. Credit: Philpot Lab (UNC School of Medicine)

Большинство генов наследуется парами: одна копия от матери и одна от отца. Синдром Питта-Хопкинса возникает у ребенка при отсутствии или мутации одной копии гена TCF4, что приводит к недостаточному уровню белка TCF4. Как правило, такая делеция или мутация спонтанно возникает в родительской яйцеклетке или сперматозоиде до зачатия или на самых ранних стадиях эмбриональной жизни после зачатия.

С момента первого описания синдрома австралийскими исследователями в 1978 г. в мире было зарегистрировано всего около 500 случаев этого заболевания. Однако истинная распространенность синдрома неизвестна; по некоторым оценкам, только в США может быть более 10 000 случаев.

Поскольку TCF4 является геном «фактора транскрипции» — мастер-переключателем, контролирующим деятельность по меньшей мере сотен других генов, его нарушение в самом начале развития приводит к многочисленным аномалиям развития. В принципе, предотвращение этих отклонений путем восстановления нормальной экспрессии TCF4 как можно раньше является наилучшей стратегией лечения, но она еще не была опробована.

Команда Филпота под руководством первого автора Хёджин (Салли) Ким, доктора философии, аспирантки лаборатории Филпота во время исследования, разработала мышиную модель синдрома Питта-Хопкинса, в которой уровень мышиной версии TCF4 можно было надежно снизить вдвое. Эта модель мыши демонстрировала многие типичные признаки заболевания. Восстановление полной активности гена с самого начала эмбриональной жизни полностью предотвращало появление этих признаков. В ходе этих первых экспериментов исследователи также обнаружили, что для предотвращения появления признаков болезни Питта-Хопкинса необходимо восстановить активность гена практически во всех типах нейронов.

Далее исследователи поставили эксперимент, моделирующий реальную стратегию генной терапии. В сконструированных мышах, у которых была выключена примерно половина экспрессии мышиной версии Tcf4, исследователи использовали фермент, доставленный вирусом, чтобы включить недостающую экспрессию в нейронах сразу после рождения мышей. Анализ мозга показал восстановление активности в течение следующих нескольких недель.

Несмотря на то, что мозг и тело мышей, прошедших лечение, были несколько меньше, чем у нормальных мышей, у них не наблюдалось многих аномалий поведения, характерных для нелеченых мышей модели Питта-Хопкинса. Исключение составило врожденное поведение при строительстве гнезда, которое у обработанных мышей поначалу выглядело ненормальным, но через несколько недель их способности восстановились до нормы.

Лечение, по крайней мере, частично устранило два других отклонения, наблюдавшихся у нелеченых мышей: изменение уровня генов, регулируемых TCF4, и изменение структуры активности нейронов, измеренной с помощью электроэнцефалографа (ЭЭГ).

«Эти результаты позволяют надеяться, что будущая генная терапия принесет значительную пользу людям с синдромом Питта-Хопкинса даже при постнатальном введении; она не потребует диагностики и лечения в утробе матери», — сказал Ким.

Теперь Филпот и его лаборатория планируют изучить эффективность своей стратегии при применении ее к мышам Питта-Хопкинса на более поздних стадиях жизни. Они также планируют разработать экспериментальную генную терапию, при которой сам человеческий ген TCF4 будет доставляться с помощью вируса в модель мыши Питта-Хопкинса — терапия, которая в конечном итоге может быть опробована на детях с синдромом Питта-Хопкинса.

«Мы будем работать над генной терапией, но наши результаты позволяют предположить, что существуют и другие подходы к восстановлению TCF4, включая лечение, повышающее активность оставшейся, хорошей копии TCF4», — сказал Филпот.

Исследование было поддержано грантом Энн Д. Борнштейн от Исследовательского фонда Питта-Хопкинса, Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (R01NS114086), Эстонским исследовательским советом и Центром орфанных заболеваний при Медицинской школе Перельмана Пенсильванского университета (MDBR-21-105-Pitt Hopkins).

Ссылка: «Rescue of behavioral and electrophysiological phenotypes in a Pitt-Hopkins syndrome mouse model by genetic restoration of Tcf4 expression» by Hyojin K im, Eric B Gao, Adam Draper, Noah C Berens, Hanna Vihma, Xinyuan Zhang, Alexandra Higashi-Howard, Kimberly D Ritola, Jeremy M Simon, Andrew J Kennedy and Benjamin D Philpot, 10 May 2022, eLife . DOI: 10.7554/eLife.7229