To je objev na Nobelovu cenu. Genová terapie pomůže proti smrtícím prionovým chorobám  | Foto: PoopAcidMaker, CC BY-SA 4.0

Foto: PoopAcidMakerCC BY-SA 4.0

To je objev na Nobelovu cenu. Genová terapie pomůže proti smrtícím prionovým chorobám

Priony jsou tak zvláštní, že někteří vědci uvažovali o jejich mimozemském původu
  • Prionové choroby postihují lidi i zvířata a lidé se jimi mohou od zvířat nakazit
  • Nový typ molekulárního nástroje označovaný jako CHARM slibuje účinnou prevenci i léčbu

Za objevy související s tzv. prionovými chorobami už byly uděleny dvě Nobelovy ceny. První dostal Američan Carleton Gajdusek v roce 1976 za objev infekční povahy onemocnění kuru šířícího se mezi novoguinejskými Foreji rituálním kanibalismem. Tu druhou přiřkl nobelovský výbor v roce 1997 dalšímu Američanovi Stanleymu Prusinerovi za odhalení molekulární příčiny těchto nevyléčitelných a stoprocentně smrtících onemocnění.

Říká se, že Nobelova cena bude udělena do třetice tomu, kdo objeví lék na prionová onemocnění.  Možná čeká na týmy vedené Jonathanem Weissmanem z Whitehead Intitute for Biomedical Research v americké Cambridge a Soniou Vallabhovou z bostonského Broad Institute, které ve studii publikované vědeckým časopisem Science představily nový typ genové terapie proti prionovým chorobám. Ten zatím funguje na laboratorních myších.

Smrtící zašmodrchaná bílkovina

K prionovým onemocněním patří třeba lidská Creutzfeldt-Jakobova choroba, bovinní spongiformní encefalopatie známá také jako nemoc šílených krav, scrapie ovcí označovaná také jako klusavka nebo chronické chřadnutí jelenů. Jedná se o infekční choroby, ale jejich původcem není ani virus, ani bakterie či kvasinka.

Onemocnění vyvolává bílkovina, jež je organismu vlastní a živočich včetně člověka si ji ve svém organismu sám vyrábí. Tento tzv. prionový protein se vyskytuje ve všech typech buněk a jeho funkce není zcela jasná. Pozoruhodné je, že pokud je gen pro jeho tvorbu poškozený, pak organismu prionový protein nechybí. Třeba myši ale i skot bez něj žijí, aniž by na nich byly patrné známky jakéhokoli postižení.

Na nebezpečnosti získává prionový protein změnou své prostorové konformace a proměnou na tzv. prion. Nemění se jeho aminokyselinové složení, ale celkový tvar molekuly, kde jsou struktury známé jako alfa-šroubovice nahrazeny beta-skládanými listy. Protein tím získá na odolnosti vůči enzymům, které ho běžně likvidují, a začne se v těle hromadit.

Přibývá jej i proto, že bílkoviny „zašmodrchané“ do beta-skládaných listů slouží jako matrice a při kontaktu se „zdravými“ alfa-šroubovicovými bílkovinami je převádějí do „zašmodrchaného“ stavu. Prion je toxický především pro nervové buňky, které masově hynou a v nervové tkáni po nich zbydou prázdné „bubliny“. Mozek a mícha tak získávají vzhled houby na mytí. Odtud pochází souhrnné označování prionových chorob jako přenosné spongiformní encefalopatie.

Creutzfeldt-Jakobova choroba a další lidská prionová onemocnění vznikají obvykle v důsledku dědičné dispozice, kdy se podle varianty genu vytváří prionový protein se zvýšenou tendencí k zašmodrchání. Člověk však může onemocnět i poté, co zkonzumoval zvířecí infekční částice – priony - s masem nemocných zvířat.

Zvířecí priony fungují v jeho těla jako matrice pro šmodrchání lidského prionového proteinu. Tento způsob přenosu nákazy je usnadněn tím, že priony jsou silně rezistentní k vysokým teplotám a tepelná úprava masa je neničí. Dokazuje to i kuru šířené konzumací masa nebožtíků nakažených touto chorobou.

Na člověka je přenosná třeba bovinní spongiformní encefalopatie a možná i chronické chřadnutí jelenů, o kterém se spekuluje v souvislosti s konzumací masa nakažených amerických jelenců. Tato prionová choroba se už objevila také u sobů a jelenů v Evropě.

Pokračování 2 / 3

Sázka na epigenetické změny

Účinná léčba prionových chorob zatím neexistuje, protože nikdo neumí zabrzdit rozjeté „šmodrchání“ zdravých molekul prionového proteinu na smrtící priony. Jonathan Weissman, Sonia Vallabhová a jejich spolupracovníci nyní princip takové léčby objevili. 

Využili skutečnosti, že zablokování genu pro prionový protein nemá na organismus významnější dopady a pokusili se zablokovat tento gen v mozku laboratorních myší. Využili k tomu moderní metodu genového inženýrství, která je založena na principech tzv. editace genomu.

Metody editace genomu dovolují cílený zásah do dědičné informace tím, že ji v přesně vybraném místě „přestřihnou“ a umožní tam navodit různé typy změn. Novější metody dovolují na vybraném místě DNA navodit tzv. epigenetické změny. Při nich se vlastní dvojitá šroubovice DNA nemění tak, jako je tomu v případě editace genomu.

Pořadí písmen genetického kódu v dvojité šroubovici DNA zůstává stejné, ale mění se molekuly navázané na dvojitou šroubovici DNA. Tím lze měnit aktivitu genů. Geny, které nepracují a nevytvářejí se podle nich molekuly bílkovin, lze „popohnat do práce“.

A naopak, geny, které pracují a bílkoviny vytvářejí, lze zabrzdit a produkci bílkovin tak ukončit. A právě tento druhý přístup si zvolili Weissman, Vallabhová a spol. Využili toho, že aktivitu genů lze potlačit, když se na DNA v daném místě navážou metylové skupiny tvořené jedním atomem uhlíku a na něj navázanými třemi atomy vodíku  - CH3.

K úspěchu se dopracovali i díky enormnímu nasazení týmu Sonii Vallabhové, která má pro vývoj léčebného nástroje velmi silný osobní motiv. Zdědila gen pro vzácné prionové onemocnění označované jako fatální familiární insomnie. Její prionové proteiny se pomalu ale neúprosně „šmodrchají“ na smrtící priony. Její výzkum je tak pro ni samotnou závod s časem, který ji smrtící onemocnění ponechává k vývoji léčby.

Pokračování 3 / 3

Naděje jménem CHARM

Výsledkem spolupráce Weissmanova týmu a týmu Sonii Vallabhové je molekulární nástroj označovaný jako CHARM (zkratka z Coupled Histone tail for Autoinhibition Release of Methyltransferase). CHARM vyřešil problémy, které doposud znemožňovaly využití epigenetických změn k léčbě.

Již vyvinuté molekulární nástroje schopné navodit cílené epigenetické změny nepronikaly do mozku, kde priony páchají největší škody a kde by „uspání“ genu pro prionový protein přineslo největší léčebný efekt. Některé komponenty těchto molekulárních nástrojů byly navíc pro lidský organismus toxické.

Genoví inženýři upravili přirozeně se vyskytující neškodný virus typu AAV (tzv. adenoasociované viry) tak, aby snadno pronikal do mozku a zanesl tam instrukci pro navázání metylových skupin na gen pro tvorbu prionového proteinu.

Jak je patrné ze studie publikované v Nature Communications, takto vytvořený molekulární nástroj „uspává“ gen pro prionový protein nejen v laboratorně kultivovaných buňkách, ale také v mozku myší. Nevykazuje významnější nežádoucí vedlejší účinky.

Od laboratorních experimentů a testů na laboratorních myších bývá k účinné léčbě schválené příslušnými úřady hodně daleko, ale současný pokrok významně posunul léčbu prionových onemocnění k tomuto kýženému cíli. CHARM by měl zajistit zdraví nejen pacientům s fatální familiární insomnií, ale také lidem s dalšími prionovými chorobami včetně Creutzfeld-Jakobovy choroby.

V principu stačí jediná injekce viru připraveného genovými inženýry a v mozku lidí ohrožených prionovou chorobou se přestane vytvářet prionový protein – tedy surovina pro vznik smrtících prionů. Tím je rozvoj onemocnění zastaven. U lidí, kteří jsou nositeli genu pro Creutzfeldt-Jakobovu chorobu, fatální familiární insomnii a další prionové choroby, by připadalo do úvahy i preventivní nasazení léčby dřív, než se projeví první příznaky.

Určitě si přečtěte

Články odjinud