Ein toxisches Fragment blockieren: Neue Mausstudie unterstreicht die Bedeutung von HTT1a bei Huntington

Eine neue Studie mit präziser Geneditierung in einem Huntington-Mausmodell (HD) liefert Hinweise darauf, dass ein kleines Fragment des Huntingtin-Proteins (HTT) namens HTT1a ein zentraler Antreiber von HD ist. Durch die Senkung der HTT1a-Spiegel verzögerten Forschende HD-Anzeichen wie Proteinverklumpungen, stellten wieder her, welche Gene an- oder ausgeschaltet sind, und brachten BiomarkerBiomarker Irgendeine Art von Test – inklusive Bluttest, Gedächtnistest und Gehirnscan – der das Fortschreiten einer Krankheit wie der Huntington-Krankheit messen oder vorhersagen kann. Biomarker können klinische Studien von neuen Medikamenten schneller und verlässlicher machen. bei Mäusen, die HD nachbilden, wieder ins Lot. Die toxischste Form von HTT zu identifizieren, die die Krankheit antreibt, könnte wichtige Folgen dafür haben, wie wir HTT-senkende Medikamente entwickeln.

Kurze Auffrischung: CAG-Wiederholungen und HTT1a

Jede Person mit HD hat eine Veränderung im genetischen Code ihres HTT-Gens. Eine sich wiederholende Abfolge der DNA-Buchstaben C-A-G dehnt sich aus und enthält zu viele Wiederholungen. Menschen mit 40 oder mehr CAGs in ihrem HTT-Gen entwickeln die Krankheit, wenn sie lange genug leben, und längere Wiederholungen sind generell mit einem früheren Krankheitsbeginn verbunden.

Die erweiterte CAG-WiederholungCAG-Wiederholung Der Abschnitt der DNA am Anfang des Huntington-Gens, der die Sequenz CAG viele Male wiederholt enthält und ungewöhnlich lang ist bei den Menschen, die die Huntington-Krankheit entwickeln im HTT-Gen führt zu einer entsprechenden Erweiterung im codierten HTT-Protein, das nach diesen genetischen Anweisungen hergestellt wird. Aber die CAG-WiederholungCAG-Wiederholung Der Abschnitt der DNA am Anfang des Huntington-Gens, der die Sequenz CAG viele Male wiederholt enthält und ungewöhnlich lang ist bei den Menschen, die die Huntington-Krankheit entwickeln verändert nicht nur die Proteinsequenz. Sie beeinflusst auch, wie das Zwischenprodukt zwischen DNA und Protein – die Boten-RNARNA Die Chemikalie ähnlich der DNA, die die "Nachrichten"-Moleküle herstellt, die die Zellen als Arbeitskopien von Genen bei der Herstellung von Proteinen nutzen. – verarbeitet wird.

Eine Kopie des genetischen Rezepts

Boten-RNARNA Die Chemikalie ähnlich der DNA, die die "Nachrichten"-Moleküle herstellt, die die Zellen als Arbeitskopien von Genen bei der Herstellung von Proteinen nutzen. ist ein Molekül, das eine genetische Nachricht trägt. Sie wird alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. genaue Kopie der codierten DNA-Sequenz eines bestimmten Gens hergestellt, bevor sie genutzt wird, um das Protein zu produzieren, das diese Sequenz codiert. Das ist ein bisschen so, alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. würde man ein Rezept aus einem Buch abschreiben, damit man kochen kann, ohne ständig zum Originalbuch zurücklaufen zu müssen.

Wenn die CAG-WiederholungCAG-Wiederholung Der Abschnitt der DNA am Anfang des Huntington-Gens, der die Sequenz CAG viele Male wiederholt enthält und ungewöhnlich lang ist bei den Menschen, die die Huntington-Krankheit entwickeln erweitert ist, kann in der HTT-Boten-RNARNA Die Chemikalie ähnlich der DNA, die die "Nachrichten"-Moleküle herstellt, die die Zellen als Arbeitskopien von Genen bei der Herstellung von Proteinen nutzen. ein verborgenes Signal aktiviert werden. Dieses Signal heißt „cryptic polyA“ und weist die zelluläre Maschinerie an, die Herstellung des HTT-Proteins zu früh zu stoppen. Das bedeutet: Statt das vollständige HTT-Protein zu produzieren, stellt die Zelle nur ein kleines Fragment her, genannt HTT1a.

HTT1a: ein toxisches HTT-Fragmentprotein

Das HTT1a-Fragmentprotein enthält den erweiterten Bereich, der durch die CAG-WiederholungCAG-Wiederholung Der Abschnitt der DNA am Anfang des Huntington-Gens, der die Sequenz CAG viele Male wiederholt enthält und ungewöhnlich lang ist bei den Menschen, die die Huntington-Krankheit entwickeln codiert wird – das sieht aus wie viele gleiche Aminosäuren (GlutaminGlutamin Der Aminosäure-Baustein, der am Anfang des mutierten Huntingtin-Proteins zu oft wiederholt wird), die sich immer wiederholen. Dieses Fragment neigt stark zu Verklumpungen (ein Prozess namens Aggregation) und hat sich in vielen Tier- und Zellmodellen von HD alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. toxisch erwiesen.

Wichtig ist: Je länger die CAG-WiederholungCAG-Wiederholung Der Abschnitt der DNA am Anfang des Huntington-Gens, der die Sequenz CAG viele Male wiederholt enthält und ungewöhnlich lang ist bei den Menschen, die die Huntington-Krankheit entwickeln ist, desto mehr HTT1a-Fragmentprotein wird gebildet. Weil die CAG-WiederholungCAG-Wiederholung Der Abschnitt der DNA am Anfang des Huntington-Gens, der die Sequenz CAG viele Male wiederholt enthält und ungewöhnlich lang ist bei den Menschen, die die Huntington-Krankheit entwickeln in manchen Körperzellen von Menschen mit HD länger werden kann – ein Prozess namens somatische Expansion –, gilt HTT1a alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. ein wichtiger Schritt dafür, wie die Krankheit voranschreitet.

Um das besser zu verstehen, fragten sich die Forschenden in dieser Studie, ob der Anstieg der Menge an HTT1a, die gebildet wird, das Bindeglied sein könnte, das somatische Expansion mit Nervenzellschäden verbindet.

Eine clevere genetische Strategie: das fragmentbildende Signal löschen

Um das direkt zu testen, nutzte das Team ein HD-Mausmodell mit fast 200 CAGs im HTT-Gen. Das ist eine deutlich höhere Wiederholungszahl alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. typischerweise bei Menschen vorkommt, beschleunigt aber, wann Symptome bei den Mäusen auftreten – so bekommen Forschende schneller Antworten auf ihre Experimente. Aufgrund der Eigenheiten von HD-Modellsystemen heißen diese Mäuse tatsächlich HdhQ150-Mäuse.

Mit CRISPRCRISPR Ein System zur DNA-Bearbeitung auf präzise Weise-Werkzeugen, die wie genetische Scheren sind, löschten sie einen Abschnitt des HTT-Gens, der das Signal enthält, das zur Bildung des HTT1a-Fragments führt. Das sollte verhindern, dass das toxische HTT1a-Fragment in diesen Mäusen gebildet wird, obwohl die CAG-Zahl hoch genug ist, um die Zellen zur Herstellung des toxischen Fragments zu veranlassen. Dieses neue HD-Mausmodell wurde HdhQ150ΔI-Maus genannt, wobei das Δ (Delta) für den genetischen Bereich steht, der entfernt wurde.

Sie nutzten außerdem Mäuse mit CAG-Wiederholungszahlen, die keine HD verursachen, alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. Modell für die allgemeine Bevölkerung ohne HD. Auch bei diesen Mäusen schnitten sie das HTT1a-bildende Signal heraus, um eine Kontrolle für mögliche Effekte der Geneditierung zu haben, die nichts mit der CAG-Zahl zu tun haben. So konnten sie erkennen, ob die beobachteten Ergebnisse durch die CRISPRCRISPR Ein System zur DNA-Bearbeitung auf präzise Weise-Editierung selbst entstanden – oder wirklich dadurch, dass kein HTT1a produziert wurde.

Was passierte mit den HTT1a-Spiegeln in diesen Mäusen?

Wie erwartet fielen die HTT1a-Spiegel in den HdhQ150ΔI-Mäusen ab. Die HTT1a-RNARNA Die Chemikalie ähnlich der DNA, die die "Nachrichten"-Moleküle herstellt, die die Zellen als Arbeitskopien von Genen bei der Herstellung von Proteinen nutzen.-Botenmoleküle fehlten in diesen Mäusen vollständig und die Proteinspiegel waren reduziert, aber noch nachweisbar.

Aber warum ließ sich dann noch etwas HTT1a finden? Die Forschenden vermuten, dass diese Deletion dazu geführt haben könnte, dass die genetische Maschinerie das Gen anders „durchliest“ (Readthrough) – auf eine Weise, die weiterhin HTT1a-Protein produziert, nur in sehr geringen Mengen.

Wichtig ist: Die Spiegel des vollständigen HTT – sowohl unexpanded (normal) alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. auch expanded (HD-Form) – blieben unverändert. Das ist für die nachfolgenden Experimente wichtig, damit das Team herausfinden konnte, welche Effekte spezifisch auf die HTT1a-Reduktion zurückzuführen sind und nicht auf die Gesamtmenge an HTT.

Eine deutliche Verzögerung der Aggregation

Ein auffälliges Ergebnis dieser Studie war, dass toxische HTT-Verklumpungen, also AggregateAggregate Klumpen von Proteinen, die sich innerhalb von Zellen bei der Huntington-Krankheit und anderen degenerativen Erkrankungen bilden, im Gehirn bei den HdhQ150ΔI-Mäusen viel später gefunden wurden alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. bei HdhQ150-Mäusen.

In den Standard-HdhQ150-Mäusen, die HD nachbilden, wurden AggregateAggregate Klumpen von Proteinen, die sich innerhalb von Zellen bei der Huntington-Krankheit und anderen degenerativen Erkrankungen bilden in verschiedenen Hirnregionen bei 6 Monate alten Mäusen entdeckt und nahmen mit dem Alter weiter zu. Du denkst vielleicht: „Wow! 6 Monate ist wirklich jung!“ – und das stimmt. Der schnelle Zeitverlauf der HD-Krankheitsmerkmale in diesen Mäusen wird durch die sehr hohe CAG-Wiederholungszahl verursacht und ist bewusst so gewählt, damit Ergebnisse schneller erzielt werden können.

In HdhQ150ΔI-Mäusen, die das toxische HTT1a-Fragment nicht bildeten, verzögerten sich diese Verklumpungen jedoch um mehrere Monate und waren in manchen Hirnarealen erst sichtbar, alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. die Mäuse deutlich älter waren. Diese Verklumpungen enthielten weiterhin HTT1a, was die Idee stützt, dass dieses HTT-Fragment wichtig ist, um die Bildung dieser Klumpen anzustoßen.

Auswirkungen auf die Genexpression

AlsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. Nächstes untersuchten die Forschenden, welche Gene in diesen verschiedenen Mausmodellen an- oder ausgeschaltet waren. Das ist eine gut dokumentierte Veränderung, die früh in verschiedenen HD-Modellen auftritt – mit einer spezifischen Signatur von Veränderungen in den Gen-Schaltern.

In den HdhQ150-HD-Mäusen fanden die Forschenden, dass im Striatum – einer tiefen Hirnregion, die bei HD am stärksten betroffen ist – nach 6 Monaten über 1.200 Gen-Schalter verändert waren. Nach 12 Monaten waren es über 2.800 Gene.

In den Mäusen mit weniger HTT1a wurden einige dieser Gen-Schalter wiederhergestellt – mit einer Verbesserung um 25 % nach 6 Monaten und um 40 % nach 12 Monaten. AlsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. sie einen anderen Hirnbereich, den HippocampusHippocampus der Seepferd-förmige Teil des Gehirns, der entscheidend für das Gedächtnis ist, untersuchten, sahen sie dort ebenfalls teilweise Verbesserungen.

Interessanterweise reichten selbst die niedrigen Restspiegel von HTT1a in HdhQ150ΔI-Mäusen aus, um dieses typische Kennzeichen von HD zu verbessern.

BiomarkerBiomarker Irgendeine Art von Test – inklusive Bluttest, Gedächtnistest und Gehirnscan – der das Fortschreiten einer Krankheit wie der Huntington-Krankheit messen oder vorhersagen kann. Biomarker können klinische Studien von neuen Medikamenten schneller und verlässlicher machen.: ein auffälliger Effekt

Das vielleicht spannendste Ergebnis dieser Studie kam von BiomarkerBiomarker Irgendeine Art von Test – inklusive Bluttest, Gedächtnistest und Gehirnscan – der das Fortschreiten einer Krankheit wie der Huntington-Krankheit messen oder vorhersagen kann. Biomarker können klinische Studien von neuen Medikamenten schneller und verlässlicher machen.-Spiegeln, die die Forschenden im Plasma und in der Rückenmarksflüssigkeit, die das Gehirn umspült (auch CSF genannt), untersuchten. Das Team maß NfL, einen allgemeinen Biomarker für die Gehirngesundheit, sowie BRP39, das Maus-Äquivalent eines menschlichen Biomarkers namens YKL-40, der mit Entzündungen zusammenhängt.

In den HdhQ150-HD-Mäusen waren beide BiomarkerBiomarker Irgendeine Art von Test – inklusive Bluttest, Gedächtnistest und Gehirnscan – der das Fortschreiten einer Krankheit wie der Huntington-Krankheit messen oder vorhersagen kann. Biomarker können klinische Studien von neuen Medikamenten schneller und verlässlicher machen. im CSF nach 12 Monaten erhöht – ein Hinweis darauf, dass die Nervensysteme dieser Mäuse krank waren. In den HdhQ150ΔI-Mäusen blieben NfLNfL Biomarker für die Gesundheit des Gehirns und BRP39 im CSF nach 12 und 17 Monaten hingegen auf dem Niveau der normalen Nicht-HD-Mäuse und waren auch im Plasma reduziert.

Interessanterweise kehrten die CSF-BiomarkerBiomarker Irgendeine Art von Test – inklusive Bluttest, Gedächtnistest und Gehirnscan – der das Fortschreiten einer Krankheit wie der Huntington-Krankheit messen oder vorhersagen kann. Biomarker können klinische Studien von neuen Medikamenten schneller und verlässlicher machen. auf normale Werte zurück, obwohl die Veränderungen der Gen-Schalter-Signatur nur teilweise wiederhergestellt waren. Da NfLNfL Biomarker für die Gesundheit des Gehirns und YKL-40 in klinischen Studien am Menschen genutzt werden können, um die Gehirngesundheit zu beurteilen, deutet dieses Ergebnis darauf hin, dass eine Senkung von HTT1a die HD-Biologie spürbar verändern könnte.

Die Punkte verbinden: somatische Expansion → HTT1a → Aggregation

Somatische CAG-Expansion wird inzwischen von vielen HD-Forschenden alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. Antreiber von HD gesehen. Wenn sich CAG-Wiederholungen in den bei HD am stärksten betroffenen Neuronen ausdehnen, steigen die HTT1a-Spiegel. Die Wissenschaftler*innen dieser Studie schlagen ein Modell vor, in dem:

1. Somatische Expansion die CAG-WiederholungCAG-Wiederholung Der Abschnitt der DNA am Anfang des Huntington-Gens, der die Sequenz CAG viele Male wiederholt enthält und ungewöhnlich lang ist bei den Menschen, die die Huntington-Krankheit entwickeln und die HTT1a-Produktion erhöht.
2. Mehr HTT1a führt zu mehr toxischen Klumpen in diesen Zellen.
3. Die Klumpen treiben weitere Veränderungen der Gen-Schalter an.
4. Dadurch werden die Zellen krank, was zu Veränderungen der BiomarkerBiomarker Irgendeine Art von Test – inklusive Bluttest, Gedächtnistest und Gehirnscan – der das Fortschreiten einer Krankheit wie der Huntington-Krankheit messen oder vorhersagen kann. Biomarker können klinische Studien von neuen Medikamenten schneller und verlässlicher machen.-Spiegel führt.

Sie schlagen vor, dass sich dieser Prozess verlangsamen oder stoppen ließe, indem man HTT1a-Spiegel senkt, um ihn zu unterbrechen.

Was bedeutet das für Therapien?

Mehrere HTT-senkende Ansätze befinden sich in Entwicklung oder in klinischer Erprobung. Viele senken nur die vollständige Form von HTT. Dazu gehören das AntisenseAntisense Die Hälfte der DNA-Doppelhelix, die meist als Reservekopie dient, aber manchmal Botenmoleküle produziert-Oligonukleotid (ASO) Tominersen von Roche sowie kleine Moleküle, die das SpleißenSpleißen das Zerschneiden von RNA Nachrichten, um nicht kodierende Regionen zu entfernen und kodierende Regionen zu verknüpfen. modulieren, wie Votoplam und SKY-0515 von Novartis bzw. SkyHawk.

Andere zielen auf Exon 1 ab und können so die Spiegel sowohl von vollständigem HTT alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. auch von HTT1a senken – darunter die Gentherapie AMT-130 von uniQure und die siRNAsiRNA Eine Möglichkeit zur Abschaltung der Gene mit Hilfe von speziellen RNA-Molekülen – wie DNA, aber nur aus einem einzigen Strang gemacht – die auf das Nachrichten-Molekül in den Zellen gerichtet sind und ihnen sagen, ein bestimmtes Protein nicht herzustellen ALN-HTT02 von Alnylam Pharmaceuticals.

Diese Studie legt nahe, dass es möglicherweise weniger hilfreich ist, nur die vollständige Form von HTT zu senken, und dass auch die Reduktion von HTT1a wichtig sein könnte. Da das normale HTT-Protein wichtige Funktionen in Zellen hat, könnten Strategien, die gezielt HTT1a ansteuern, ein sichererer und effizienterer Ansatz sein.

Wichtige Einschränkungen

Trotzdem gibt es einige wichtige Einschränkungen dieser Studie. Alle Daten stammen aus Mäusen, die HD nachbilden und eine sehr lange CAG-WiederholungCAG-Wiederholung Der Abschnitt der DNA am Anfang des Huntington-Gens, der die Sequenz CAG viele Male wiederholt enthält und ungewöhnlich lang ist bei den Menschen, die die Huntington-Krankheit entwickeln (~195) haben. Mäuse sind ein großartiges Modell, um solche Ideen zu untersuchen, aber sie leben bei Weitem nicht so lange wie Menschen – und die meisten Menschen mit HD haben im Durchschnitt etwa ~42 CAGs, also deutlich weniger alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. in diesem Modellsystem.

Trotzdem werden die Daten aus dieser Studie sicher eine Quelle für neue Ideen sein, denen andere Teams nachgehen können. Bleib bei HDBuzz dran, um mehr Forschung in diesem Bereich zu verfolgen.

Zusammenfassung

• Forschende entwickelten ein HD-Mausmodell, das weniger von dem HTT1a-Fragment bildet, das bei HD alsALS Eine fortschreitende Nervenkrankheit, bei der Bewegungsneuronen absterben. toxisch gilt.
• Durch die Senkung der HTT1a-Botenmolekül-Spiegel sahen die Forschenden Verzögerungen bei der Bildung toxischer Proteinverklumpungen, die von HTT1a ausgehen.
• Welche Gene an- oder ausgeschaltet waren, ähnelte in diesen speziellen HTT1a-defizienten Mäusen stärker Mäusen ohne das HD-Gen, und viele wichtige BiomarkerBiomarker Irgendeine Art von Test – inklusive Bluttest, Gedächtnistest und Gehirnscan – der das Fortschreiten einer Krankheit wie der Huntington-Krankheit messen oder vorhersagen kann. Biomarker können klinische Studien von neuen Medikamenten schneller und verlässlicher machen. kehrten auf Werte zurück, die näher am Normalbereich lagen.
• Diese Ergebnisse liefern Hinweise darauf, dass HTT1a nicht nur ein Nebenprodukt der HD-Expansion ist, sondern ein Antreiber der HD-Biologie.