Kalifornijskie wsparcie w wysokości 13 milionów dolarów otwiera nowe badania nad „zanieczyszczeniem RNA” w chorobach starzenia się mózgu
Naukowcy z University of California San Diego School of Medicine, Salk Institute i instytutu Sanford Burnham Prebys otrzymali czteroletnie wsparcie w wysokości 13 milionów dolarów na projekt, który może zmienić sposób badania choroby Alzheimera, choroby Parkinsona, stwardnienia zanikowego bocznego i innych form neurodegeneracji związanej ze starzeniem. Środki przyznaje California Institute for Regenerative Medicine, agencja stanowa finansująca rozwój medycyny regeneracyjnej, komórek macierzystych i terapii ukierunkowanych genowo. Projekt nosi nazwę „Reversing age-dependent neurodegeneration by elimination of RNA pollution” i koncentruje się na badaniu zaburzeń przetwarzania RNA, które zgodnie z roboczą hipotezą zespołu stopniowo gromadzą się w neuronach przez całe życie i zmniejszają odporność komórek mózgowych na chorobę.
Centralna idea badań polega na tym, że starsze neurony chorują nie tylko z powodu znanych późnych zmian, takich jak gromadzenie się agregatów białkowych w mózgu, lecz także z powodu wcześniejszych błędów molekularnych, które zaburzają normalne odczytywanie i przetwarzanie instrukcji genetycznych. Naukowcy opisują ten proces jako „zanieczyszczenie RNA”: zbiór nieprawidłowo przetworzonych, uszkodzonych lub niewłaściwie umiejscowionych cząsteczek RNA oraz powiązanych zaburzeń regulacji komórkowej. Według komunikatu UC San Diego takie uszkodzenia mogą gromadzić się przez dekady, tworzyć przewlekły stres w neuronach i przyczyniać się do podatności mózgu na choroby, które najczęściej pojawiają się w starszym wieku. Są to badania na wczesnym, odkrywczym etapie, więc nie chodzi o zapowiedź gotowej terapii, lecz o próbę dokładniejszego ustalenia jednego z możliwych mechanizmów, które przekształcają starzenie w biologiczne podłoże chorób neurodegeneracyjnych.
Dlaczego badania odchodzą od późnych objawów choroby
Dotychczasowe badania chorób neurodegeneracyjnych często koncentrowały się na zmianach widocznych w późniejszych fazach choroby, na przykład na złogach białkowych, degeneracji neuronów lub zmianach zapalnych w tkance mózgowej. Takie podejście pozostaje ważne, ale nie zawsze wyjaśnia, dlaczego u niektórych osób z ryzykiem genetycznym choroba rozwija się dopiero po dekadach życia, ani dlaczego wiek pozostaje jednym z najważniejszych czynników ryzyka dla szeregu zaburzeń neurodegeneracyjnych. Gene Yeo, profesor medycyny komórkowej i molekularnej w UC San Diego School of Medicine oraz dyrektor tamtejszego Center for RNA Technologies and Therapeutics, opisuje robocze założenie, zgodnie z którym sama mutacja predysponująca nie musi wystarczać do rozwoju choroby, dopóki nie dołączy do niej związane z wiekiem gromadzenie zaburzeń RNA.
Taka interpretacja nie usuwa znaczenia genetyki, czynników środowiskowych ani znanych zmian patologicznych, lecz umieszcza je w szerszych ramach starzenia się komórki. Jeśli okaże się, że zaburzenia RNA rzeczywiście osłabiają zdolność neuronów do utrzymania równowagi, naprawy uszkodzeń i wytrzymania dodatkowego stresu, cel terapeutyczny mógłby przesunąć się w stronę zachowania „młodzieńczej” odporności neuronów, zanim pojawią się nieodwracalne następstwa. Materiały ewaluacyjne CIRM opisują projekt jako przesunięcie od późnej patologii białkowej w stronę wcześniejszej dysfunkcji na poziomie RNA. W tych materiałach wskazano również, że koncepcja „zanieczyszczenia RNA” jest nowymi ramami myślenia o chorobie, szczególnie w chorobie Alzheimera i Parkinsona, podczas gdy rola biologii RNA w ALS jest już od dłuższego czasu i silniej obecna w polu badawczym.
Indukowane neurony powinny zachować biologiczny wiek pacjentów
Jednym z kluczowych technicznych powodów, dla których projekt uznaje się za ważny, jest sposób tworzenia ludzkich modeli choroby. Typowe procedury, w których komórki skóry dorosłych osób są cofane do stanu indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, są użyteczne dla wielu rodzajów badań, ale mają istotne ograniczenie: reprogramowanie może „odmłodzić” komórki i wymazać część biologicznych śladów starzenia. Jeśli celem jest zbadanie zmian, które gromadziły się w neuronach przez całe życie, taki model może pominąć właśnie to, co najbardziej interesuje badaczy.
Dlatego w tym projekcie zostanie wykorzystana transdyferencjacja, procedura, w której komórki skóry pacjentów są bezpośrednio przekształcane w indukowane neurony. Zgodnie z opisem planu badawczego takie neurony lepiej zachowują sygnatury wieku dawców, więc mogą służyć do badania sposobu, w jaki zaburzenia RNA pojawiają się w komórkach niosących biologiczny ślad starzenia. Zespół planuje przeanalizować ponad 200 linii komórkowych oraz próbki biofluidów pacjentów, w tym płyn mózgowo-rdzeniowy i osocze krwi. Celem jest porównanie wzorców zanieczyszczenia RNA w zdrowym starzeniu z wzorcami pojawiającymi się w chorobach neurodegeneracyjnych oraz ustalenie, czy istnieją rozpoznawalne sygnatury, które pewnego dnia mogłyby być używane także jako biomarkery lub cele terapeutyczne.
W centrum uwagi są także mitochondria, energia komórkowa i odpowiedzi stresowe
Projekt nie traktuje zaburzeń RNA w oderwaniu od reszty biologii komórki. Szczególna uwaga zostanie skierowana na mitochondria, organelle odpowiedzialne za produkcję energii i szereg procesów sygnałowych w komórce. Zgodnie z planem badawczym zespół będzie badał, jak zaburzenia w produkcji energii komórkowej mogą przyczyniać się do gromadzenia zanieczyszczenia RNA i jak te procesy wzajemnie wzmacniają się w starych neuronach. W ewaluacji CIRM wspomina się model łączący uwalnianie mitochondrialnego dwuniciowego RNA, aktywację szlaków stresowych i dalsze błędy w przetwarzaniu RNA, co mogłoby wyjaśnić, dlaczego stres komórkowy w starzeniu staje się trwałą, a nie przejściową odpowiedzią na uszkodzenie.
Takie podejście jest ważne, ponieważ choroby neurodegeneracyjne rzadko powstają z powodu jednego izolowanego zaburzenia. Starzenie mózgu obejmuje zmiany w metabolizmie, zapaleniu, naprawie uszkodzeń, komunikacji między komórkami i regulacji genów. W tym złożonym systemie RNA może być zarówno wskaźnikiem, jak i uczestnikiem zaburzeń: jeśli jest nieprawidłowo przetwarzane, niewłaściwie przemieszczane lub niedostatecznie usuwane, komórka może wytwarzać błędne komunikaty białkowe, nieadekwatnie reagować na stres albo pozostawać uwięziona w stanie przewlekłej dysfunkcji. Właśnie dlatego naukowcy chcą zmapować szerszą sieć zmian, a nie tylko jeden końcowy znak choroby.
Zrobotyzowane przesiewanie leków i terapia RNA
Po zmapowaniu sygnatur RNA projekt przewiduje testowanie dużej liczby możliwych podejść terapeutycznych. Naukowcy wykorzystają zaawansowaną robotykę do przesiewania tysięcy kandydatów, którzy mogliby zmniejszyć zanieczyszczenie RNA i przywrócić neurony w kierunku zdrowszego stanu. Wśród kandydatów znajdą się małe cząsteczki, w tym leki, które amerykańska Food and Drug Administration zatwierdziła już dla innych wskazań, a także celowane terapie RNA. Takie podejście może przyspieszyć wczesną fazę badań, ponieważ przy zmianie zastosowania zatwierdzonych leków znana jest już część profilu bezpieczeństwa, choć skuteczność w chorobach neurodegeneracyjnych musi zostać udowodniona osobno.
Najbardziej obiecujący kandydaci nie pozostaną tylko na poziomie płaskich kultur komórkowych. Zespół planuje testować ich na bardziej zaawansowanych trójwymiarowych modelach ludzkiej tkanki mózgowej, nazywanych iSpheroids, a następnie także w modelach zwierzęcych. Materiały CIRM wskazują, że projekt obejmuje indukowane neurony pochodzące od pacjentów i postarzone, przesiewanie małych cząsteczek oraz ksenotransplantację ludzkich 3D indukowanych sferoidów. Ma to zmniejszyć lukę między prostymi modelami laboratoryjnymi a złożoną biologią ludzkiego mózgu, co jest jednym z wieloletnich problemów w rozwoju leków na choroby neurodegeneracyjne.
Szersze konsorcjum badawcze i rola kalifornijskiego finansowania
Głównym badaczem projektu jest Gene Yeo z UC San Diego, a wśród współkierujących są Douglas Galasko, Jerome Mertens i Alex Chaim z UC San Diego School of Medicine, Fred „Rusty” Gage z Salk Institute oraz Anne Bang z Sanford Burnham Prebys. Zespół łączy kompetencje z zakresu biologii RNA, neuronauki, modelowania chorób, komórek macierzystych, biologii komórki, przesiewania kandydatów terapeutycznych i zaawansowanych modeli ludzkich. Według UC San Diego badanie jest jednym z sześciu finansowań CIRM Discovery, czyli DISC4, dla kalifornijskich naukowców, o łącznej wartości 80 milionów dolarów.
Program DISC4 jest przeznaczony dla dużych, interdyscyplinarnych projektów, które dążą do przyspieszenia podstawowego zrozumienia chorób i otwarcia drogi do nowych strategii terapeutycznych, celów lub biomarkerów. CIRM podaje, że najwyższa kwota pojedynczego wsparcia wynosi 13 milionów dolarów, a najdłuższy czas trwania cztery lata, co pokrywa się z przyznanym finansowaniem dla projektu zanieczyszczenia RNA. Na oficjalnej stronie wsparcia CIRM projekt widnieje pod numerem DISC4-19291, z chorobą w centrum zainteresowania obejmującą chorobę Alzheimera, chorobę Parkinsona, ALS i zaburzenia neurologiczne, a status wsparcia oznaczono jako „Pre-Active”. Oznacza to, że projekt został zatwierdzony i finansowo określony, ale realizacja znajduje się w fazie administracyjnej lub przygotowawczej przed pełną aktywnością.
Potencjał, ale także otwarte pytania
Niezależnie od naukowej ambicji projekt ma wyraźne ograniczenia, które rozpoznali także ewaluatorzy. W końcowych komentarzach CIRM jako mocne strony wymienia się użycie indukowanych neuronów zachowujących ślady starzenia, szerokie próbkowanie, silny zespół i możliwość rozwoju terapii ukierunkowanych na RNA dla choroby Alzheimera i Parkinsona. Jako słabości wskazuje się trudności w łączeniu dużych zbiorów danych oraz ryzyko, że zbyt wiele aspektów starzenia komórkowego zostanie przypisanych dysfunkcji RNA, co mogłoby utrudnić skupienie badań. Takie uwagi są ważne, ponieważ pokazują, że chodzi o badanie wysokiego ryzyka, ale potencjalnie o dużym oddziaływaniu, a nie o rutynowy krok w stronę terapii.
Jeśli hipoteza zostanie potwierdzona, konsekwencje mogłyby być znaczące. Skuteczne rozpoznanie i zmniejszenie związanego z wiekiem zaburzenia RNA mogłoby otworzyć nową grupę celów terapeutycznych w chorobach, dla których istniejące możliwości leczenia są ograniczone i często ukierunkowane na spowalnianie objawów, a nie na podstawowe przyczyny podatności neuronów. Jednocześnie nawet negatywne lub częściowe wyniki mogą przynieść wartość, jeśli dokładniej pokażą, gdzie biologia RNA wpływa na starzenie mózgu, a gdzie inne mechanizmy są bardziej dominujące. W tym sensie projekt jest ważny także jako platforma badawcza: poprzez ponad 200 linii komórkowych, biofluidy pacjentów, modele 3D i szerokie przesiewanie leków może stworzyć zbiór danych, który będzie użyteczny również poza początkową hipotezą.
Co sukces oznaczałby dla leczenia chorób neurodegeneracyjnych
Największe pytanie pozostaje takie, czy starzenie neuronów można spowolnić lub częściowo przekierować wystarczająco wcześnie, aby zmniejszyć ryzyko choroby lub złagodzić jej przebieg. Yeo w komunikacie UC San Diego sformułował cel poprzez ideę zachowania odporności neuronów: jeśli można spowolnić uwarunkowaną wiekiem deregulację RNA, neurony mogłyby być może pozostać funkcjonalnie bardziej odporne nawet w obecności genetycznych wyzwalaczy neurodegeneracji. To atrakcyjna, ale nadal nieudowodniona teza. Droga od laboratoryjnego przesiewania do terapii dla ludzi jest zwykle długa, szczególnie w chorobach mózgu, gdzie kandydaci często zawodzą w późniejszych fazach z powodu bezpieczeństwa, niewystarczającego efektu lub niemożności przeniesienia wyniku laboratoryjnego na złożony ludzki organizm.
Mimo to wartość tego wsparcia polega na próbie spojrzenia na neurodegenerację wcześniej, szerzej i bliżej biologii ludzkiego starzenia. Jeśli naukowcom uda się rozróżnić, które zmiany RNA towarzyszą zdrowemu starzeniu, które oznaczają początek choroby i które można skorygować farmakologicznie lub w sposób ukierunkowany na RNA, otworzy się przestrzeń dla precyzyjniejszych podejść diagnostycznych i terapeutycznych. Dla choroby Alzheimera, choroby Parkinsona i ALS oznaczałoby to przesunięcie w stronę strategii, które nie czekają tylko na końcowe oznaki degeneracji neuronów, lecz starają się zachować stabilność komórki, zanim choroba rozwinie się w pełnej postaci klinicznej.
Źródła:- UC San Diego Today – komunikat o wsparciu w wysokości 13 milionów dolarów, zespole badawczym, metodzie transdyferencjacji, indukowanych neuronach, modelach iSpheroids oraz wypowiedziach Gene’a Yeo i Johna M. Carethersa (link)- California Institute for Regenerative Medicine – oficjalna strona wsparcia DISC4-19291 z kwotą, statusem, nazwą projektu i fokusem na chorobę Alzheimera, chorobę Parkinsona, ALS i zaburzenia neurologiczne (link)- California Institute for Regenerative Medicine – opis programu DISC4, oczekiwane wyniki, czas trwania i najwyższa kwota finansowania na wsparcie (link)- CIRM – oficjalne streszczenia i komentarze ewaluacyjne dla DISC4 Discovery 26.1, w tym projekt DISC4-19291, ocena, wymienione mocne strony, słabości i cele badawcze (link)
Czas utworzenia: 4 godzin temu