Die Stitch RNA (StitchR)-Methode könnte die Entwicklung neuer Medikamente beschleunigen, mit denen die Muskeldystrophie Duchenne signifikant behandelt werden könnte.
Der Verlust des DNA-Codes, der bestimmte große Proteine herstellt, die die Muskeln für ihre ordnungsgemäße Funktion benötigen, kann zu Erkrankungen führen, die die Muskeln schwächen und verkümmern lassen. Genbehandlungen versuchen, diesen Code wieder in den Muskel zu bringen, aber das kann schwierig sein, weil der DNA-Code so lang ist. Forscher haben eine neue Möglichkeit gefunden, den Code zu übermitteln. Er wird nun in Teilen übermittelt, die in den Muskelzellen zusammengesetzt werden. Dies könnte zu neuen Genbehandlungen führen, die Menschen helfen können, die Muskeln verlieren oder schwächer werden.
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Das DNA-Längenproblem in der Gentherapie
Gentherapien wurden entwickelt, um eine Reihe von Krankheiten zu behandeln, die zu Muskelschwund und Muskelschwäche führen. Es wird jedoch noch weiter daran gearbeitet, die Wirkung zu verbessern. Dies kann schwierig sein, da einige der Proteine, die Muskelzellen benötigen, sehr groß sind. Der DNA-Code eines Gens sagt dem Körper, wie ein Protein hergestellt wird. Die Länge dieses Codes wird in chemischen Blöcken gemessen, die als Basen bezeichnet werden.
Für größere Proteine muss der DNA-Basencode länger sein. Die Codierungssequenz für das Dystrophin-Protein, das bei Menschen mit Duchenne-Muskeldystrophie fehlt, ist über 10.000 Basen lang. Die Codierungssequenzen der meisten Gene sind nur etwa 1.000 Basen lang. Wenn Sie beispielsweise nicht genug Dysferlin-Protein haben, können Sie Gliedergürtel-Muskeldystrophie und einige andere Arten von Muskeldystrophie bekommen. Die Basenkette, aus der der Code besteht, ist über 6.000.
Die Herausforderung der Verwendung leerer Virenhüllen
Forscher haben herausgefunden, dass die Verwendung der leeren Hüllen von Viren die effektivste Methode ist, um Codesequenzen in die Körperzellen einzuführen. Diese Hüllen, Kapside genannt, werden von Viren verwendet, um ihr genetisches Material einzukapseln und es zur Infektion in benachbarte Zellen zu transportieren. Stattdessen können sie zur Durchführung von Gentherapien verwendet werden, da sie im Labor künstlich ohne den gefährlichen Viruscode hergestellt werden können. Derzeit sind Kapside eines Virus, das als Adeno-assoziiertes Virus oder AAV bekannt ist, für die Gentherapie am effektivsten. AAV ist in der Lage, eine große Anzahl unserer Zellen zu erreichen, ohne das Immunsystem zu reizen.
Dennoch kann die AAV-Kapside die Codierungssequenzen von Dystrophin und Dysferlin physisch nicht aufnehmen. Sie kann nur eine Sequenz enthalten, die so lang ist wie der genetische Code des Virus selbst, der weniger als 5.000 Basen lang und nur 26 Nanometer breit ist (tausend davon würden auf ein menschliches Haar passen).
Ribozyme könnten die Lösung sein
Dies wurde in einer aktuellen Studie mit einer neuen Methode umgangen. In den letzten Jahrzehnten wurde eine Klasse von Molekülen, die als Ribozyme bekannt sind, identifiziert und untersucht. Ribozyme sind RNA-Sequenzen, die sich selbst in zwei Teile teilen können. Ribozyme sind Kopien von DNA, die zur Erzeugung von Proteinen verwendet werden. Sie erreichen dies, indem sie bestimmte chemische Markierungen an den frisch abgeschnittenen Enden hinterlassen. Bestimmte Proteine in der Zelle können solche Markierungen erkennen und die Enden wieder zusammennähen, so die Forschung aus New York und Massachusetts. Sie glaubten, dass dies verwendet werden könnte, um die Enden zweier unterschiedlicher RNA-Moleküle zu verbinden, wie zwei Komponenten einer Gentherapie. Für Stitch RNA nannten sie die Methode StitchR.
Die Wissenschaftler erstellten zwei RNA-Moleküle, um StitchR zu testen: eines mit dem ersten Teil der Dysferlin-Codierungssequenz, gefolgt von einem zweiten Ribozym, und ein weiteres mit einem Ribozym, gefolgt vom restlichen Teil der Dysferlin-Codierungssequenz. Um in einem Mausmodell eine Gliedergürtel-Muskeldegeneration auszulösen, beluden sie einige AAV-Kapside mit einem Molekül und andere AAV-Kapside mit dem anderen Molekül.
Was ist Stitch RNA und wie funktioniert es?
Die Ribozyme werden aktiviert, sobald sie in die Muskelzellen der Maus eindringen und die entsprechenden Moleküle spalten. Durch die Identifizierung der Schnittspuren fügen die Reparaturprozesse der Zelle die beiden Teile zusammen und stellen so das Dysferlin-Protein in den Muskeln der Maus wieder her.
Diese Methode wurde von den Forschern auch mit Dystrophin getestet. Da die Dystrophin-codierende Sequenz auch nach der Halbierung noch zu groß für die AAV-Kapside ist, stellten sie die codierende Sequenz für ein etwas kürzeres, aber immer noch funktionsfähiges Protein bereit. Die Methode verbesserte eine Reihe von Muskelzustandsmetriken im Mausmodell der Muskeldystrophie Duchenne.
Abschluss
Obwohl sie seit vielen Jahren als mögliche Behandlungsmethoden für die Muskeldystrophie Duchenne, die Dysferlinopathien und andere Erkrankungen entwickelt werden, haben sich Methoden, die die codierenden Sequenzen großer Gene in der Zielzelle kombinieren, als nicht sehr erfolgreich erwiesen. Die Ergebnisse in Mausmodellen sind vielversprechend, und dieser neue Ansatz könnte bei einigen der Schwierigkeiten helfen. Um herauszufinden, ob diese Forschung zu neuen Medikamenten führen kann, sind weitere Tests erforderlich.
