کشف روش درمانی یک بیماری ژنتیکی سخت

محققان با ساخت یک مینی ژن، درمانی ایجاد کرده اند تا مانع نابینایی و ناشنوایی ناشی از سندرم آشر شوند.

به گزارش تکناک، سندرم آشر نوع 1F یک بیماری ژنتیکی نادر و ناتوان کننده است که با ناشنوایی، اختلال در تعادل و زوال تدریجی بینایی مشخص می شود.

اکنون تیمی از محققان دانشکده پزشکی هاروارد، چشم و گوش ماساچوست و دانشگاه ایالتی اوهایو اولین گام مهم را برای ایجاد روش ژن درمانی برای سندرم آشر نوع 1F برداشته اند.

تحقیقات آنها که بر روی موش ها انجام شده است، اخیراً در مجله Nature Communications منتشر شده است.

دانشمندان یک “مینی ژن” که به معنای نسخه کوتاه شده یک ژن است را برای جایگزینی ژنی که در سندرم Usher 1F جهش یافته است، طراحی کردند. این جهش باعث می‌شود سلول‌های مویی داخل گوش داخلی قادر به تولید پروتئین کلیدی موثر در انتقال صدا نباشند. در موش‌ها، این مینی ژن، تولید پروتئین از دست رفته را افزایش داد و سلول‌های مو را قادر به احساس صدا و بازیابی شنوایی کرد.

از آنجایی که از دست دادن بینایی در سندرم Usher 1F شامل تغییر جزئی همان پروتئین است، محققان می گویند که همین رویکرد ممکن است برای جلوگیری از نابینایی مفید باشد.

آرتور اینژیکولیان یکی از نویسندگان ارشد این مطالعه، گفت: بیماران مبتلا به سندرم Usher 1F با کم شنوایی عمیق و کاهش بینایی پیشرونده به دنیا می آیند و تاکنون راه حل های بسیار کمی برای درمان آنها وجود داشته است.

محققان قصد دارند آزمایش این مینی ژن را در نمونه های حیوانی دیگر ادامه دهند و در نهایت امیدوارند بتوانند آن را در انسان نیز آزمایش کنند.

دیوید کوری نویسنده اصلی این مطالعه گفت: ناشنوا به دنیا آمدن و سپس از دست دادن بینایی برای یک شخص امری کاملاً ویرانگر است، بنابراین امیدواریم که این مینی ژن در نهایت بتواند به درمانی برای این بیماری لاعلاج تبدیل شود.

استفاده از تخصص برای یک مشکل جدید

کودکان مبتلا به سندروم آشر معمولاً ناشنوا به دنیا می آیند یا به شدت کم شنوا هستند، تعادل ندارند و به مرور زمان با زوال شبکیه، بینایی خود را از دست می دهند. البته نابینایی معمولا در بزرگسالی رخ می دهد.

این مشکلات به دلیل جهشی ایجاد می شود که در تولید پروتئینی به نام پروتوکادهرین-15 که اشکال کمی متفاوت در گوش و چشم دارد و برای عملکرد صحیح سلول های سیستم شنوایی و بینایی لازم است، تداخل ایجاد می کند.

محققان مدت‌هاست به نقش پروتوکادهرین-15 در گوش داخلی علاقه دارند. به طور خاص، آنها می‌خواستند بدانند چگونه این پروتئین به گیرنده‌های حسی به نام سلول‌های مویی در گوش کمک می‌کند تا ارتعاشات محیط را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کنند که مغز آنها را به عنوان صدا تفسیر می‌کند.

تیم تحقیقاتی قبلاً متوجه شده بود که چگونه پروتوکادهرین-15 با پروتئین دیگری به نام کادهرین 23 در سلول های مو همکاری می کند تا رشته هایی ایجاد کند که به طور فیزیکی کانال های یونی باز را به هنگام ارتعاش دسته ها می کشد و به جریان الکتریکی اجازه ورود به سلول ها را می دهد. در غیاب این پروتئین، جریان الکتریکی نمی تواند وارد سلول های مو شود، تبدیل از ارتعاش به الکتریسیته رخ نمی دهد و مغز نمی تواند صدا را تشخیص دهد.

به همین دلیل محققان به طراحی ژن درمانی برای سندرم آشر 1F علاقه مند شدند. این درمان DNA را به سلول معرفی می کند و سلول را قادر می سازد تا پروتئین سازی را شروع کند.

با این حال، از آنجایی که پروتوکادهرین-15 بسیار بزرگ است، متعاقبا DNA آن هم برای کپسول ویروسی معمولی که برای انتقال مواد ژنتیکی به داخل سلول استفاده می شود، بسیار بزرگ است.

بنابراین محققان تصمیم گرفتند گزینه دیگری را بررسی کنند و آن هم چیزی نبود جز کوتاه کردن DNA برای ایجاد یک ژن کوچک که می تواند پروتئین عملکردی را بسازد اما به اندازه کافی کوچک است و در داخل کپسول ویروسی قرار می گیرد.

یک ژن به یک مینی ژن تبدیل می شود

اولین گام ساخت این مینی ژن شامل نقشه برداری پر زحمت از تمام 25000 اتم در ساختار خارجی پروتوکادهرین-15 گوش داخلی بود که این فرآیند توسط نویسنده ارشد مطالعه یعنی مارکوس سوتومایور انجام شد.

سوتومایور با استفاده از ترکیبی از کریستالوگرافی اشعه ایکس و میکروسکوپ کرایو الکترونی، متوجه شد که این پروتئین از اتم هایی تشکیل شده است که به شکل 11 حلقه در یک زنجیره به نظر می رسد.

سوتومایور 8 نسخه مختلف از پروتوکادهرین-15 را ساخت که هر کدام پیوندهای متفاوتی برای کوچکتر کردن پروتئین نداشتند. سپس محققان ساختارهای پروتئینی کوتاه شده را در نقشه های DNA که می توانند از آن ها به عنوان ژن های کوچک استفاده کنند، مهندسی معکوس کردند.

سوتومایور توضیح داد: دانشی که ما با مطالعه ساختار پروتوکادهرین-15 با جزئیات طاقت‌فرسا به‌دست آوردیم به ما این امکان را داد که سریع‌تر نسخه‌های کوتاه‌تری از پروتئین را به منظور ژن درمانی طراحی کنیم.

سپس محققان سه ژن کوچک را انتخاب کردند که به اندازه کافی کوچک بودند تا در داخل کپسول ویروس قرار بگیرند.

مرینا ایوانچنکو که از نویسنده های اصلی مطالعه است، سه ژن کوچک را در گوش موش‌ها که از نظر ژنتیکی برای توقف تولید پروتوکادهرین-15 اصلاح شده بودند، آزمایش کرد.

در نهایت، تنها یک ژن کوچک کار کرد.

این ژن با موفقیت سلول های مو را وادار کرد تا یک نسخه کوچک از پروتوکادهرین-15 بسازند که به کادهرین-23 متصل شد و رشته های مورد نیاز برای باز کردن کانال های یونی را تشکیل داد. سلول های مو با موفقیت ارتعاشات را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کردند.

آزمایش شنوایی موش‌هایی که مینی ژن را دریافت کرده بودند نشان داد که مغز آنها می‌تواند سیگنال صوتی را از گوش‌هایشان دریافت کند. در واقع موش هایی که قبلاً ناشنوا بودند، می‌شنیدند.

کوری گفت: همه ما به طرز خوشایندی شگفت زده شدیم. ما فکر می‌کردیم که سال‌ها بهینه‌سازی و آزمایش و تغییر ساختار پروتئین طول می‌کشد، اما این یک نسخه تقریباً جواب داد.

ایوانچنکو افزود: نتایج برای ما هیجان انگیز بود. هیجان‌انگیزترین جنبه یافته‌های ما این بود که موش‌هایی که کاملاً ناشنوا بودند در انتهای آزمایش تقریباً به خوبی موش‌های معمولی می‌شنیدند.

از گوش تا چشم

در حالی که مینی ژن با موفقیت ناشنوایی را در موش های مبتلا به Usher 1F درمان کرد، اما محققان بیشتر به پتانسیل آن برای درمان نابینایی مرتبط با این سندرم علاقه مند هستند.

به گفته نویسندگان، از آنجایی که کودکان مبتلا به Usher 1F  عمیقاً ناشنوا به دنیا می آیند و ممکن است فاقد سلول های مویی در گوش داخلی باشند، بعید است که مینی ژن بتواند شنوایی آنها را بهبود بخشد. علاوه بر این، بسیاری از این کودکان قادر به کاشت حلزون گوش هستند که به آنها امکان شنیدن می دهد.

محققان خاطرنشان کردند که نابینایی داستان متفاوتی است، زیرا کودکان مبتلا به Usher 1F  با دید طبیعی متولد می شوند. به گفته آنها، اگر مینی ژن بتواند شکل پروتوکادهرین-15 را که در شبکیه وجود ندارد، تولید کند، می تواند از دست دادن بینایی را نیز متوقف سازد.

سوالی که پیش می اید این است که اگر درمان از دست دادن بینایی هدف اصلی است، چرا باید با آزمایش مینی ژن در گوش داخلی موش شروع کنیم؟

به گفته محققان، دلیل اصلی این موضوع، مسائل راهبردی است. فقدان پروتوکادهرین-15 تنها باعث از دست دادن خفیف بینایی در موش می شود و به کندی پیشرفت می کند. این بدان معناست که آزمایش مینی ژن‌ روی موش ها سال‌ها طول می‌کشد و تشخیص اینکه این روش چقدر خوب جواب می دهد بسیار دشوار است.

محققان در حال حاضر در حال آزمایش مینی ژن در چشم گورخرماهی که نمونه بهتری برای این کار است، هستند، زیرا زمانی که پروتوکادهرین-15 در شبکیه چشم تولید نمی‌شود، این ماهی‌ها نسبت به موش‌ها از دست دادن بینایی شدیدتر و سریع‌تری را تجربه می‌کنند.

اگر مینی ژن در شبکیه گورخرماهی تاثیر داشته باشد، محققان به آزمایش این روش روی پستانداران و در نهایت در انسان‌ها می‌پردازند.