Синдром Ангельмана (СА)
Що таке СА?
СА було вперше описано британським педіатром Гаррі Ангельманом у 1965 році. СА є генетичним спадковим захворюванням із типовими і впізнаваними симптомами. Найчастішими симптомами СА є розумова відсталість (відсутність мовлення і погіршення когнітивних здібностей), життєрадісний настрій із частими вибухами сміху, порушення координації рухів і відчуття рівноваги (атаксія). Серед частих синдромів є прояви епілепсії; зокрема, для СА властива характерна електроенцефалографічна картина. Нарешті, діти із СА мають розлади сну і порушення циркадного ритму. Менш поширеними симптомами є мікроцефалія та зміни пропорцій тіла, розлади моторики кишково-шлункового тракту, втрата пігментації. Також у дітей із СА можуть спостерігатися ознаки, подібні до ознак захворювань аутистичного спектру. Хоча СА і вважається рідкісними, його зустрічають в 1 випадку на 10-20 тисяч дітей. Нажаль, проблема поширення СА в Україні є дослідженою слабо; докладні масштаби поширення і зустрічності невідомі. СА може бути розпізнаним вже у віці 6-12 місяців, коли діти проявляють відсутність типових поведінкових і рухових активностей, таких як повзання. Тому, надзвичайно важливим є проведення генетичного тестування відразу ж, як тільки у батьків виникають підозри: відсутність (поки що) ліків для СА не заважає застосуванню певних терапевтичних підходів для боротьби із симптомами і покращення якості життя дітей з СА.
Молекулярні причини СA
В людей, ген UBE3A піддається геномному імпринтингу – експресується лише та копія гена, яка була успадкована від одного із батьків. Для ділянки 15-ої хромосоми (15q11-q13), що несе UBE3А, характерна експресія лише материнської копії гена, тоді як батьківська копія є мовчазною в певних ділянках мозку за допомогою процесів метилювання ДНК і з задіянням центру імпринтингу.
Сайленсинг батьківського алеля UBE3A регулюється центром імпринтингу (ЦІ), розташованим перед геном SNURF-SNRPN в 15q11-q13, так званим центром імпринтингу синдрому Прадера-Віллі/СA (PWS/AS). Батьківський алель центру імпринтингу метильований. Метилювання – це хімічна модифікація ДНК, яка не змінює послідовність ДНК, але впливає на експресію генів. Метилювання ЦІ на батьківській хромосомі запобігає зв’язуванню факторів транскрипції, необхідних для експресії UBE3A, що призводить до припинення експресії (сайленсингу). Механізм сайленсингу також включає транскрипцію антисенс (ас)РНК з локусу SNURF-SNRPN на батьківському алелі, який включає ген UBE3A. Вважається, що ця асРНК – антисенс транскрипт UBE3A (UBE3A-ATS або SNHG14), перешкоджає транскрипції батьківського алеля UBE3A. Точний механізм, за допомогою якого UBE3A-ATS сайленсує UBE3A, все ще знаходиться в процесі дослідження, але вважається, що транскрипт може блокувати просування РНК-полімерази під час транскрипції UBE3A, перешкоджати належному сплайсингу пре-мРНК UBE3A або рекрутувати фактори модифікації хроматину, що пригнічують транскрипцію. Метилювання ДНК і асРНК пов'язані зі змінами в структурі хроматину, які додатково підсилюють сайленсинг батьківського алеля UBE3A. Модифікації гістонів, такі як деацетилювання та метилювання, ведуть до конденсації хроматину, що робить ДНК менш доступною для транскрипції.
До СА призводить ряд мутацій, всі які спричиняють або втрату материнського алеля UBE3A, або втрату його функцій:
Делеція (втрата) материнської копії ділянки хромосоми 15q11-q13. Це найбільш поширена причина, яка зустрічається в близько 70% випадків. Делеція видаляє UBE3A разом із сусідніми генами, що веде до прояву СA.
Мутація в материнському алелі гена UBE3A. В приблизно 11% випадків мутації в самому гені UBE3A призводять до порушення функцій білка UBE3A, що експресується з материнського алеля.
Батьківська уніпарентна дисомія (БУД). Рідкісна причина, коли дитина успадковує дві копії 15-ої хромосоми від батька, і жодної – від матері. Так як батьківська копія UBE3A неактивна в мозку, БУД призводить до повної втрати експресії UBE3A.
Дефекти імпринтингу. В рідкісних випадках порушується процес, який мав би робити мовчазною батьківську копію UBE3A в мозку, але без делеції гена, чи мутацій в ньому. Причиною можуть бути мутації або делеції центру імпринтингу.
Підходи до генної терапії СA
На сьогодні існує два основних підходи до модифікації фенотипу СА шляхом модуляції експресії генів: незалежна експресія функціональної копії UBE3A і активація експресії батьківської копії UBE3A за допомогою антисенс олігонуклеотидів (АСО).
Незалежна експресія функціональної копії UBE3A є життєздатним підходом, оскільки кодуюча РНК охоплює лише прибл. 2600 п.н., що є оптимальним розміром для застосування ААВ векторів. Ряд робіт описує експресію UBE3A з використанням сильного конститутивного промотора і ААВ вектора, що пом’якшувало симптоми СА у мишачій моделі. Альтернативний підхід включав виділення гемопоетичних стовбурових клітин і клітин-попередників (ГПКП). Потім ГПКП вводили в культуру і трансфікували лентивірусним вектором, що експресував UBE3A. Після цього модифіковані ГПКП були прищеплені мишам, і успішно колонізували кістковий мозок. Далі клітини мікроглії, які походять з цих ГПКП, мігрували б у мозок, експресуючи UBE3A, що вело до терапевтичного ефекту. Описаний підхід дозволив успішно подолати СA-подібний фенотип. Цей підхід, мабуть, пропонує найбільш довгострокову і стабільну платформу експресії UBE3A.
Незалежна експресія функціональної копії UBE3A є життєздатним підходом, оскільки кодуюча РНК охоплює лише прибл. 2600 п.н., що є оптимальним розміром для застосування ААВ векторів. Ряд робіт описує експресію UBE3A з використанням сильного конститутивного промотора і ААВ вектора, що пом’якшувало симптоми СА у мишачій моделі [9]. Альтернативний підхід включав виділення гемопоетичних стовбурових клітин і клітин-попередників (ГПКП). Потім ГПКП вводили в культуру і трансфікували лентивірусним вектором, що експресував UBE3A. Після цього модифіковані ГПКП були прищеплені мишам, і успішно колонізували кістковий мозок. Далі клітини мікроглії, які походять з цих ГПКП, мігрували б у мозок, експресуючи UBE3A, що вело до терапевтичного ефекту. Описаний підхід дозволив успішно подолати СA-подібний фенотип. Цей підхід, мабуть, пропонує найбільш довгострокову і стабільну платформа експресії UBE3A.
Оскільки дволанцюгові молекули РНК не є нормальними для клітини та розщеплюються рибонуклеазою Н, застосування АСО, комплементарних до UBE3A-ATS, є життєздатним способом зменшити пул асРНК і в такий спосіб активувати експресію батьківської копії UBE3A. Застосування АСО дало змогу збільшити експресію UBE3A в корі, мозочку та гіпокампі модельних мишей. Лікування покращило стан пам’яті, хоча моторна дисфункція не була компенсована. Застосування АСО для лікування СА було схвалено FDA для клінічних випробувань.
Лікування СА за допомогою хімічних препаратів
Багатообіцяючим способом для активації батьківської копії UBE3A є використання інгібіторів топоізомерази I – або природних, або напівсинтетичних сполук рослинного (переважно) походження, які зазвичай використовуються для лікування раку. Одна з них – схвалена FDA протипухлинна сполука топотекан – ефективно інгібувала TOP1 (топоізомеразу, що експресується в мозку), що вело до активації батьківського алеля UBE3A. Дослідження молекулярного механізму дії топотекану in vitro дозволило припустити, що останній не змінює патерн метилювання чи активність центру імпринтингу, але знижує рівень UBE3A-ATS. У мишачій моделі, топотекан забезпечував дозозалежну активацію батьківської копії алеля UBE3A. Експресія тривала навіть 12 тижнів після виведення топотекану, що дає надію на тривалий ефект.
