طور باحثون في جامعة تورنتو وشبكة الصحة الجامعية ومستشفى سيك كيدز نهجًا جديدًا واعدًا يمكن أن يساعد في نهاية المطاف في علاج آلاف الاضطرابات الوراثية. ونظرًا لأن الطفرات غير المنطقية يمكن أن تحدث أيضًا في الجينات المشاركة في الأمراض العضلية، فإن تقنية الحمض النووي الريبوزي الناقل الناشئة هذه قد تصبح ذات صلة بحالات مثل ضمور دوشين العضلي (DMD) في المستقبل، على الرغم من أنها لم تُختبر بعد كعلاج لـ DMD.
يركز البحث على الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)، وهو جزيء يشارك في العملية التي تستخدمها الخلايا لإنتاج البروتينات. من خلال هندسة الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)، يهدف العلماء إلى التغلب على أحد أصعب أنواع الطفرات الجينية: الطفرات غير المنطقية.
أظهرت الدراسة، التي نُشرت في مجلة ساينس في 27 أغسطس، في نماذج المختبر وما قبل السريرية أن الحمض النووي الريبوزي الناقل المُهندس يمكن أن يستعيد إنتاج البروتينات الوظيفية كاملة الطول المتأثرة بالطفرات غير المنطقية.
جدول المحتويات
ما هي الطفرات غير المنطقية؟
تحتوي الجينات على تعليمات تستخدمها الخلايا لإنتاج البروتينات. تُقرأ هذه التعليمات في وحدات مكونة من ثلاثة أحرف تُسمى الكودونات. تُخبر معظم الكودونات الخلية بالحمض الأميني الذي يجب إضافته إلى البروتين المتنامي، بينما تعمل ثلاثة كودونات كإشارات تُخبر الخلية بالتوقف.
تحدث الطفرة غير المنطقية عندما يُحدث تغيير جيني إشارة توقف في وقت مبكر جدًا.
يشبه هذا وضع إشارة توقف في منتصف الطريق. تتوقف الخلية عن إنتاج البروتين قبل اكتماله. ونتيجة لذلك، قد يكون البروتين قصيرًا وغير فعال، أو قد يتم إنتاج كمية ضئيلة جدًا من البروتين كامل الطول.
على الرغم من أن الطفرات غير المنطقية تمثل ما يقدر بنحو 11 بالمائة من الاضطرابات الوراثية الموروثة، إلا أنها تؤثر على آلاف المرضى عبر العديد من الأمراض المختلفة، بما في ذلك بعض أشكال التليف الكيسي والاضطرابات العضلية والعصبية.
لماذا يُعد البحث في الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) مهمًا للاضطرابات الوراثية؟
يُعدّ العدد الهائل من الطفرات المسببة للأمراض أحد أبرز التحديات في الطب الجيني. وقد يكون ابتكار علاج منفصل لكل طفرة على حدة أمراً بالغ الصعوبة، لا سيما عندما تؤثر الطفرة على عدد قليل من المرضى.
وهنا يمكن أن يقدم البحث عن الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) للطفرات غير المنطقية استراتيجية مختلفة.
من المهم الإشارة إلى أن الطفرات غير المنطقية قد تحدث في العديد من الجينات المختلفة، لكنها لا تُنتج سوى ثلاثة كودونات توقف مبكرة محتملة. وهذا يُتيح إمكانية تطوير نهج علاجي يستهدف نوع الطفرة بدلاً من جين مُحدد.
لذلك يتصور الباحثون استراتيجية محتملة "مقاس واحد يناسب الكثير"، حيث يمكن لـ tRNA واحد مهندس أن يعالج إشارة التوقف المبكر نفسها عبر جينات وأمراض متعددة.
كيف يعمل الحمض النووي الريبوزي الناقل المُهندس؟
قام الباحثون بتصميم جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) التي يمكنها التعرف على إشارة التوقف المبكرة وإدخال الحمض الأميني المناسب بدلاً منها.
وهذا يسمح للخلية بمواصلة قراءة التعليمات الجينية وربما إنتاج بروتين كامل الطول.
قد لا يكون البروتين الناتج مطابقًا تمامًا للبروتين الطبيعي. مع ذلك، إذا استُعيدت فعالية وظيفية كافية، فقد يكون ذلك أفضل بكثير من إنتاج كمية قليلة من البروتين الوظيفي أو عدم إنتاج أي بروتين وظيفي على الإطلاق.
بعبارات بسيطة، بدلاً من تغيير الحمض النووي نفسه، يحاول الباحثون تجاوز إشارة التوقف المبكرة أثناء إنتاج البروتين.
جعل الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) أقوى وأكثر فعالية
لم يكن تطوير الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) ليصبح دواءً عملياً أمراً سهلاً. يتمثل أحد التحديات المهمة في جعل الحمض النووي الريبوزي الناقل المُهندس نشطاً ومستقراً بما يكفي لإنتاج كميات ذات قيمة من البروتين.
وجد فريق البحث أن إضافة تعديل كيميائي محدد موجود بشكل طبيعي في الحمض النووي الريبي الناقل (tRNA) جعل الجزيء المهندس أكثر نشاطًا وأطول عمرًا.
كانت هذه خطوة مهمة لأن الحمض النووي الريبوزي الناقل العلاجي يحتاج إلى أن يظل فعالاً لفترة كافية ليكون له تأثير بيولوجي ذو مغزى.
توصيل الحمض النووي الريبوزي الناقل إلى الخلايا المناسبة
ومن التحديات الرئيسية الأخرى التوصيل.
حتى الحمض النووي الريبوزي الناقل عالي الفعالية لا يمكن أن يعمل كدواء إذا لم يتمكن من الوصول إلى الخلايا التي تحتاج إليه. لذلك قام الباحثون بتطوير جزيئات نانوية دهنية متخصصة (LNPs) لتوصيل الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA).
على الرغم من استخدام الجسيمات النانوية الدهنية سابقاً لنقل الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، إلا أن الباحثين أعادوا تصميمها خصيصاً لنقل الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA). وقد قاموا بفحص ما يقرب من 1000 نوع مختلف من الدهون لتحديد نظام توصيل مناسب.
يُعد هذا المزيج من الحمض النووي الريبوزي الناقل المُهندس وتقنية التوصيل المتخصصة أحد أهم التطورات الرئيسية للدراسة.
يعيد الحمض النووي الريبوزي الناقل إنتاج البروتين في نماذج التليف الكيسي
قام الباحثون في البداية باختبار هذا النهج في نماذج التليف الكيسي التي تتضمن طفرات غير منطقية في جين CFTR.
أحدثت العلاجات الحالية المعدلة لبروتين CFTR، بما في ذلك تريكافتا، نقلة نوعية في علاج العديد من مرضى التليف الكيسي. مع ذلك، لا تُجدي هذه الأدوية نفعًا مع المرضى الذين ينتج مرضهم عن طفرات جينية غير منطقية معينة، لأن بروتين CFTR كامل الطول اللازم قد لا يُنتَج أبدًا.
في خلايا مجرى الهواء البشري التي تحمل طفرتين شائعتين غير منطقيتين، استعاد الحمض النووي الريبوزي الناقل المُهندس إنتاج بروتين CFTR، وكان البروتين فعالاً. كما ظل البروتين المُستعاد قابلاً للكشف لأكثر من 40 يومًا.
إمكانية العلاج المركب
كما قام الباحثون باختبار خلايا من مريض مصاب بالتليف الكيسي لديه نمط جيني معقد لـ CFTR يحتوي على أربع طفرات، بما في ذلك طفرتين غير منطقيتين.
في هذه العضيات المشتقة من المرضى، لم يُنتج كلٌ من الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) أو تريكافتا استجابة قوية بمفردهما. ومع ذلك، عند استخدامهما معًا، استعاد المزيج إنتاج بروتين CFTR كامل الطول، وسمح لتريكافتا بالتأثير على البروتين المُنتَج حديثًا.
يشير هذا إلى أنه من المحتمل دمج علاجات الحمض النووي الريبوزي الناقل مع العلاجات الحالية بدلاً من استبدالها.
هل يمكن لأبحاث الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) أن تعالج أمراضًا وراثية أخرى؟
إن أهم إمكانات هذا البحث تتجاوز مرض التليف الكيسي.
نظراً لأن نفس الكودونات الثلاثة المبكرة للتوقف يمكن أن تظهر في العديد من الجينات المختلفة، فإن الحمض النووي الريبوزي الناقل المصمم للتعرف على إحدى هذه الإشارات يمكن تكييفه لعلاج العديد من الأمراض الوراثية.
يستكشف الباحثون حاليًا كيفية تطبيق هذه المنصة على أعضاء وأنسجة أخرى. وقد يتطلب كل نسيج مستهدف نظام توصيل متخصص خاص به.
بالنسبة لأمراض الرئة، فقد أظهر الفريق بالفعل أن جزيئات الدهون النانوية الخاصة به يمكنها البقاء على قيد الحياة بعد تحولها إلى رذاذ دقيق، مما يثير إمكانية علاجات مستقبلية باستخدام الحمض النووي الريبوزي الناقل المستنشق.
نهج واعد ولكنه في مراحله المبكرة
لا تزال أبحاث الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) للطفرات غير المنطقية في المرحلة ما قبل السريرية، وهناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث قبل أن تصبح هذه التقنية علاجًا معتمدًا للمرضى.
ومع ذلك، فإن المفهوم مهم. فبدلاً من تطوير علاج مختلف تماماً لكل طفرة مسببة للمرض، يستكشف الباحثون ما إذا كان بإمكان منصة مشتركة تعتمد على الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) استهداف النوع الأساسي للطفرة عبر جينات متعددة.
إذا نجحت العلاجات القائمة على الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)، فقد تصبح في نهاية المطاف منصة جديدة لعلاج الاضطرابات الوراثية الناجمة عن الطفرات غير المنطقية، بما في ذلك الأمراض التي لا تتوفر لها حاليًا سوى خيارات علاجية قليلة أو معدومة.
اكتشف المزيد: استكشف التجارب السريرية لمرض دوشين
