Синдром Ангельмана – это тяжелое нарушение психического развития, вызванное мутацией или делецией наследуемой по материнской линии копии Ube3a (почерневшая область хромосом). Унаследованная от отца копия Ube3a не повреждена, но эпигенетически замалчивается в нейронах (серый нейрон, зеленая хромосомная область). Скрининг с высоким содержанием первичных нейронов коры головного мозга мышей выявил несколько ингибиторов топоизомеразы I и II (белые волны, покрывающие розовый нейрон), которые подавляют отцовскую копию Ube3a. В этом исследовании подчеркивается роль ферментов топоизомеразы в регуляции эпигенетических генов и предлагается новый подход к восстановлению функции Ube3a у пациентов с синдромом Ангельмана. Иллюстрация Джанет Иваса.
Результаты нового исследования Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл могут помочь проложить путь к лечению нейрогенетического расстройства, которое часто ошибочно диагностируется как церебральный паралич или аутизм.
В отчете об исследовании, опубликованном в сети, декабрь. 21,2011 в журнале Nature, междисциплинарная команда ученых UNC сообщает, что они нашли способ "проснуться" отцовский аллель Ube3a, который может привести к потенциальной стратегии лечения AS.
"Мы воспользовались инструментом, который позволяет нам различать активные и неактивные аллели," Филпот сказал. "Этот инструмент представляет собой модифицированную мышь, сконструированную таким образом, что к гену Ube3a прикреплен флуоресцентный «репортерный» ген, который сообщает вам, когда ген включен, а когда выключен. Когда ген включен, нейроны будут флуоресцировать желтым цветом, но не будут, когда ген выключен."
Другие «инструменты», доступные в кампусе UNC, предоставлены старшим автором исследования Брайаном Л. Рот, доктор медицины, доктор философии, Майкл Хукер, заслуженный профессор фармакологии и трансляционной протеомики и директор Национального института психического здоровья, программа скрининга психоактивных препаратов. К ним относятся высокоавтоматизированная робототехника, которая обычно используется в крупных фармацевтических компаниях: робототехника для работы с жидкостями и автоматизированная визуализация с высоким содержанием, сочетающие в себе молекулярные инструменты современной клеточной биологии с автоматизированной микроскопией высокого разрешения и роботизированной манипуляцией.
Используя библиотеку одобренных FDA препаратов, полученных из Национального института здоровья (Клиническая коллекция NIH), команда UNC обнаружила, что иринотекан, ингибитор топоизомеразы (TOPO-EYE-SOM-ERASE), который, как известно, активен в центральной нервной системе – – надежно “разбудили” Ube3a. Впоследствии команда определила одобренный FDA препарат топотекан и несколько других ингибиторов топоизомеразы как препараты, которые могут «пробудить» Ube3a.
"Когда мы давали этим нейронам топотекан, они теперь светились, указывая на то, что отцовский аллель включен," Филпот сказал. Исследователи определили, что топотекан, по-видимому, пробудил спящий аллель Ube3a путем подавления или уменьшения антисмысловой РНК в отцовской копии Ube3a.
Когда топотекан давали мышам, полученным с помощью генной инженерии, "он отключал отцовский аллель Ube3a в нескольких областях нервной системы, включая нейроны в нескольких областях головного и спинного мозга," авторы заявляют. Эти данные справедливы и для иринотекана.
Важно отметить, что протеин отцовского Ube3a, не имеющего молчания, был функциональным и экспрессировался геном в количествах, сравнимых с таковым у нормального материнского Ube3a у «контрольных» животных.
Третий старший соавтор исследования, нейробиолог Марк Дж., Зилка, доктор философии, доцент кафедры клеточной и молекулярной физиологии и член Центра нейробиологии UNC, говорит, что исследование "первый пример препарата, который регулирует антисмысловую РНК и, как следствие, регулирует уровни [белка] кодирующего гена."
По словам Филпота, повышенный научный интерес к Ube3a вызван тем, что определенные копии ДНК или дупликации в материнской хромосоме 15 связаны с классическими формами аутизма. "Если у вас слишком мало Ube3a, у вас синдром Ангельмана. Если материнский аллель дублируется, это может быть фактором аутизма."
Зилка и Филпот предостерегают от использования ингибиторов топоизомеразы для лечения синдрома Ангельмана, учитывая ограниченность современных знаний.
"Мы хотели бы подчеркнуть, что эти соединения не готовы к клиническому применению при синдроме Ангельмана," Жилка сказала. "Мы не знаем, какие нецелевые эффекты могут быть на гене или генах со схожими последовательностями ДНК. Нам необходимо определить оптимальные концентрации и дозировку, прежде чем мы перейдем к клиническим испытаниям. И нам нужно определить, какой препарат лучше."
По словам Филпот, использование этих препаратов для лечения синдрома Ангельмана без дополнительных доклинических исследований может быть опасным для здоровья, "тот, который может поставить под угрозу успешное доведение этих соединений до клинических испытаний."