Eine postnatale Gentherapie kann möglicherweise die tödlichen Auswirkungen des Pitt-Hopkins-Syndroms verhindern oder rückgängig machen

Wissenschaftler der UNC School of Medicine haben zum ersten Mal gezeigt, dass eine postnatale Gentherapie in der Lage sein könnte, viele schädliche Auswirkungen einer seltenen genetischen Störung namens Pitt-Hopkins-Syndrom zu verhindern oder rückgängig zu machen. Diese Autismus-Spektrum-Störung weist eine schwere Entwicklungsverzögerung, geistige Behinderung, Atem- und Bewegungsanomalien, Angstzustände, Epilepsie und leichte, aber charakteristische Gesichtsanomalien auf.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die im Journal über ihre Ergebnisse berichten eLife, entwickelte eine experimentelle, gentherapieähnliche Technik, um die normale Aktivität des Genmangels bei Menschen mit Pitt-Hopkins-Syndrom wiederherzustellen. Bei neugeborenen Mäusen, die das Syndrom ansonsten modellieren, verhinderte die Behandlung das Auftreten von Krankheitszeichen, einschließlich angstähnlichem Verhalten, Gedächtnisproblemen und abnormalen Genexpressionsmustern in betroffenen Gehirnzellen.

Diese erste Demonstration des Proof-of-Principle legt nahe, dass die Wiederherstellung normaler Werte des Pitt-Hopkins-Syndrom-Gens eine praktikable Therapie für das Pitt-Hopkins-Syndrom ist, für das es ansonsten keine spezifische Behandlung gibt.

Ben Philpot, PhD, leitender Autor, Kenan Distinguished Professor of Cell Biology and Physiology an der UNC School of Medicine und stellvertretender Direktor des UNC Neuroscience Center

Die meisten Gene werden paarweise vererbt, eine Kopie von der Mutter und eine vom Vater. Das Pitt-Hopkins-Syndrom tritt bei einem Kind auf, wenn man das Gen kopiert TCF4 fehlt oder mutiert ist, was zu einem unzureichenden TCF4-Proteinspiegel führt. Typischerweise tritt diese Deletion oder Mutation spontan in der elterlichen Ei- oder Samenzelle vor der Empfängnis oder in den frühesten Stadien des embryonalen Lebens nach der Empfängnis auf.

Seit seiner ersten Beschreibung durch australische Forscher im Jahr 1978 wurden weltweit nur etwa 500 Fälle des Syndroms gemeldet. Aber niemand kennt die wahre Prävalenz des Syndroms; Einige Schätzungen gehen davon aus, dass es allein in den Vereinigten Staaten mehr als 10.000 Fälle geben könnte.

Seit TCF4 ein „Transkriptionsfaktor“-Gen ist, ein Hauptschalter, der die Aktivitäten von mindestens hundert anderen Genen steuert, führt seine Störung von Beginn der Entwicklung an zu zahlreichen Entwicklungsanomalien. Im Prinzip gilt es, diese Anomalien zu verhindern, indem man den Normalzustand wieder herstellt TCF4 so früh wie möglich auszudrücken ist die beste Behandlungsstrategie – aber sie wurde noch nicht getestet.

Philpots Team unter der Leitung des Erstautors Hyojin (Sally) Kim, PhD, ein Doktorand im Philpot-Labor während der Studie, entwickelte ein Mausmodell des Pitt-Hopkins-Syndroms, bei dem das Niveau der Mausversion von TCF4 zuverlässig halbiert werden konnte. Dieses Mausmodell zeigte viele typische Anzeichen der Störung. Die Wiederherstellung der vollen Aktivität des Gens vom Beginn des embryonalen Lebens an verhinderte diese Anzeichen vollständig. Die Forscher fanden in diesen ersten Experimenten auch Hinweise darauf, dass die Genaktivität in praktisch allen Arten von Neuronen wiederhergestellt werden musste, um das Auftreten von Pitt-Hopkins-Zeichen zu verhindern.

Als nächstes richteten die Forscher ein Proof-of-Concept-Experiment ein, das eine reale Gentherapiestrategie modelliert. Bei gentechnisch veränderten Mäusen, bei denen etwa die Hälfte der Expression der Mausversion ausfällt Tcf4 abgeschaltet wurde, verwendeten die Forscher ein vom Virus übertragenes Enzym, um die fehlende Expression in Neuronen direkt nach der Geburt der Mäuse wieder einzuschalten. Analysen des Gehirns zeigten diese Wiederherstellung der Aktivität in den nächsten Wochen.

Obwohl die behandelten Mäuse im Vergleich zu normalen Mäusen mäßig kleinere Gehirne und Körper hatten, entwickelten sie nicht viele der abnormalen Verhaltensweisen, die bei unbehandelten Pitt-Hopkins-Modellmäusen beobachtet wurden. Die Ausnahme war das angeborene Nestbauverhalten, bei dem die behandelten Mäuse zunächst abnormal wirkten, obwohl sich ihre Fähigkeiten innerhalb weniger Wochen wieder normalisierten.

Die Behandlung kehrte zwei weitere Anomalien, die bei unbehandelten Mäusen beobachtet wurden, zumindest teilweise um: veränderte Werte der durch TCF4 regulierten Gene und veränderte Muster der neuronalen Aktivität, gemessen in elektroenzephalographischen (EEG) Aufzeichnungen.

„Diese Ergebnisse lassen hoffen, dass eine zukünftige Gentherapie Personen mit Pitt-Hopkins-Syndrom erhebliche Vorteile bringen wird, selbst wenn sie postnatal entbunden werden; sie erfordert keine Diagnose und Behandlung in utero“, sagte Kim.

Philpot und sein Labor planen nun, die Wirksamkeit ihrer Strategie zu untersuchen, wenn sie in späteren Lebensphasen auf Pitt-Hopkins-Mäuse angewendet wird. Sie planen auch die Entwicklung einer experimentellen Gentherapie, bei der der Mensch TCF4 Das Gen selbst wird von einem Virus in ein Pitt-Hopkins-Mausmodell eingebracht – eine Therapie, die letztendlich an Kindern mit Pitt-Hopkins-Syndrom getestet werden könnte.

„Wir werden an einer Gentherapie arbeiten, aber unsere Ergebnisse hier deuten darauf hin, dass es andere TCF4-wiederherstellende Ansätze gibt, die funktionieren könnten, einschließlich Behandlungen, die die Aktivität des verbleibenden Guten steigern TCF4 kopieren”, sagte Philipp.

Quelle:

Zeitschriftenreferenz:

Kim, H., et al. (2022) Rettung von Verhaltens- und elektrophysiologischen Phänotypen in einem Pitt-Hopkins-Syndrom-Mausmodell durch genetische Wiederherstellung der Tcf4-Expression. eLife. doi.org/10.7554/eLife.72290.

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