Potpora od 13 milijuna dolara za istraživanje RNA onečišćenja i starenja mozga

Kalifornijska potpora od 13 milijuna dolara otvara novo istraživanje „RNA onečišćenja” u bolestima starenja mozga

Istraživači s University of California San Diego School of Medicine, Salk Institutea i instituta Sanford Burnham Prebys dobili su četverogodišnju potporu od 13 milijuna dolara za projekt koji bi mogao promijeniti način na koji se proučavaju Alzheimerova bolest, Parkinsonova bolest, amiotrofična lateralna skleroza i drugi oblici neurodegeneracije povezani sa starenjem. Sredstva dodjeljuje California Institute for Regenerative Medicine, državna agencija koja financira razvoj regenerativne medicine, matičnih stanica i genski usmjerenih terapija. Projekt nosi naziv „Reversing age-dependent neurodegeneration by elimination of RNA pollution”, a usmjeren je na istraživanje poremećaja u obradi RNA koji se, prema radnoj hipotezi tima, postupno nakupljaju u neuronima tijekom života i smanjuju otpornost moždanih stanica na bolest.

Središnja ideja istraživanja jest da stariji neuroni ne obolijevaju samo zbog poznatih kasnih promjena, poput nakupljanja proteinskih agregata u mozgu, nego i zbog ranijih molekularnih pogrešaka koje narušavaju normalno čitanje i obradu genetskih uputa. Istraživači taj proces opisuju kao „RNA onečišćenje”: skup pogrešno obrađenih, oštećenih ili pogrešno smještenih RNA molekula i povezanih poremećaja u staničnoj regulaciji. Prema objavi UC San Diega, takva se oštećenja mogu nakupljati desetljećima, stvarati kronični stres u neuronima i pridonijeti ranjivosti mozga na bolesti koje se najčešće pojavljuju u starijoj dobi. Riječ je o istraživanju u ranoj, otkrivačkoj fazi, pa se ne radi o najavi gotove terapije, nego o pokušaju da se preciznije utvrdi jedan od mogućih mehanizama koji starenje pretvaraju u biološku podlogu za neurodegenerativne bolesti.

Zašto se istraživanje odmiče od kasnih simptoma bolesti

Dosadašnja istraživanja neurodegenerativnih bolesti često su se usredotočavala na promjene koje su vidljive u kasnijim fazama bolesti, primjerice na proteinske naslage, propadanje neurona ili upalne promjene u moždanom tkivu. Takav pristup ostaje važan, ali ne objašnjava uvijek zašto se kod nekih osoba s genetskim rizikom bolest razvije tek nakon desetljeća života, niti zašto dob ostaje jedan od najvažnijih čimbenika rizika za niz neurodegenerativnih poremećaja. Gene Yeo, profesor stanične i molekularne medicine na UC San Diego School of Medicine i direktor tamošnjeg Center for RNA Technologies and Therapeutics, opisuje radnu pretpostavku prema kojoj sama predisponirajuća mutacija ne mora biti dovoljna za razvoj bolesti dok se ne pridruži dobno povezano nakupljanje poremećaja RNA.

Takvo tumačenje ne uklanja važnost genetike, okolišnih čimbenika ili poznatih patoloških promjena, nego ih smješta u širi okvir starenja stanice. Ako se pokaže da RNA poremećaji doista slabe sposobnost neurona da održe ravnotežu, poprave oštećenja i izdrže dodatni stres, terapijski cilj mogao bi se pomaknuti prema očuvanju „mladenačke” otpornosti neurona prije nego što se pojave nepovratne posljedice. CIRM-ovi evaluacijski materijali projekt opisuju kao pomak od kasne proteinske patologije prema ranijoj disfunkciji na razini RNA. U tim se materijalima navodi i da je koncept „RNA onečišćenja” nov okvir za razmišljanje o bolesti, osobito u Alzheimerovoj i Parkinsonovoj bolesti, dok je uloga RNA biologije u ALS-u već dulje i snažnije zastupljena u istraživačkom polju.

Inducirani neuroni trebali bi zadržati biološku dob pacijenata

Jedan od ključnih tehničkih razloga zbog kojih se projekt smatra važnim jest način izrade ljudskih modela bolesti. Uobičajeni postupci u kojima se stanice kože odraslih osoba vraćaju u stanje induciranih pluripotentnih matičnih stanica korisni su za mnoge vrste istraživanja, ali imaju važno ograničenje: reprogramiranje može „pomladiti” stanice i izbrisati dio bioloških tragova starenja. Ako je cilj proučiti promjene koje su se u neuronima nakupljale tijekom života, takav model može propustiti upravo ono što istraživače najviše zanima.

Zato će se u ovom projektu koristiti transdiferencijacija, postupak kojim se stanice kože pacijenata izravno pretvaraju u inducirane neurone. Prema opisu istraživačkog plana, takvi neuroni bolje zadržavaju dobne potpise donora, pa mogu poslužiti za proučavanje načina na koji se RNA poremećaji pojavljuju u stanicama koje nose biološki trag starenja. Tim planira analizirati više od 200 staničnih linija te uzorke iz biofluida pacijenata, uključujući likvor i krvnu plazmu. Cilj je usporediti obrasce RNA onečišćenja u zdravom starenju s obrascima koji se pojavljuju kod neurodegenerativnih bolesti i utvrditi postoje li prepoznatljivi potpisi koji bi se jednog dana mogli koristiti i kao biomarkeri ili terapijske mete.

U fokusu su i mitohondriji, stanična energija i stresni odgovori

Projekt ne promatra RNA poremećaje izolirano od ostatka stanične biologije. Posebna pozornost usmjerit će se na mitohondrije, organele odgovorne za proizvodnju energije i niz signalnih procesa u stanici. Prema istraživačkom planu, tim će ispitivati kako poremećaji u proizvodnji stanične energije mogu pridonijeti nakupljanju RNA onečišćenja i kako se ti procesi međusobno pojačavaju u starim neuronima. U CIRM-ovoj evaluaciji spominje se model koji povezuje oslobađanje mitohondrijske dvolančane RNA, aktivaciju stresnih putova i daljnje pogreške u obradi RNA, što bi moglo objasniti zašto stanični stres u starenju postaje trajan, a ne prolazan odgovor na oštećenje.

Takav pristup važan je jer neurodegenerativne bolesti rijetko nastaju zbog jednog izoliranog poremećaja. Starenje mozga uključuje promjene u metabolizmu, upali, popravku oštećenja, komunikaciji između stanica i regulaciji gena. U tom složenom sustavu RNA može biti i pokazatelj i sudionik poremećaja: ako se pogrešno obrađuje, pogrešno premješta ili nedovoljno uklanja, stanica može proizvoditi krive proteinske poruke, neadekvatno reagirati na stres ili ostati zarobljena u stanju kronične disfunkcije. Upravo zato istraživači žele mapirati širu mrežu promjena, a ne samo jedan završni znak bolesti.

Robotizirani probir lijekova i RNA terapija

Nakon mapiranja RNA potpisa, projekt predviđa testiranje velikog broja mogućih terapijskih pristupa. Istraživači će koristiti naprednu robotiku za probir tisuća kandidata koji bi mogli smanjiti RNA onečišćenje i vratiti neurone prema zdravijem stanju. Među kandidatima će biti male molekule, uključujući lijekove koje je američka Uprava za hranu i lijekove već odobrila za druge indikacije, kao i ciljane RNA terapije. Takav pristup može ubrzati ranu fazu istraživanja jer se za prenamjenu odobrenih lijekova već zna dio sigurnosnog profila, iako učinkovitost u neurodegenerativnim bolestima mora biti zasebno dokazana.

Najizgledniji kandidati neće ostati samo na razini ravnih staničnih kultura. Tim ih planira testirati na naprednijim trodimenzionalnim modelima ljudskog moždanog tkiva, nazvanima iSpheroids, a zatim i u životinjskim modelima. CIRM-ovi materijali navode da projekt uključuje pacijentima izvedene i ostarjele inducirane neurone, probir malih molekula te ksenotransplantaciju ljudskih 3D induciranih sferoida. Time se nastoji smanjiti jaz između jednostavnih laboratorijskih modela i složene biologije ljudskog mozga, što je jedan od dugogodišnjih problema u razvoju lijekova za neurodegenerativne bolesti.

Širi istraživački konzorcij i uloga kalifornijskog financiranja

Glavni istraživač projekta je Gene Yeo s UC San Diega, a među suvoditeljima su Douglas Galasko, Jerome Mertens i Alex Chaim s UC San Diego School of Medicine, Fred „Rusty” Gage sa Salk Institutea te Anne Bang iz Sanford Burnham Prebysa. Tim okuplja stručnost iz RNA biologije, neuroznanosti, modeliranja bolesti, matičnih stanica, stanične biologije, probira terapijskih kandidata i naprednih ljudskih modela. Prema UC San Diegu, istraživanje je jedno od šest CIRM-ovih Discovery, odnosno DISC4, financiranja za kalifornijske istraživače, ukupno vrijednih 80 milijuna dolara.

Program DISC4 namijenjen je velikim, interdisciplinarnim projektima koji nastoje ubrzati temeljno razumijevanje bolesti i otvoriti put prema novim terapijskim strategijama, metama ili biomarkerima. CIRM navodi da najveći iznos po pojedinačnoj potpori iznosi 13 milijuna dolara, a najdulje trajanje četiri godine, što se poklapa s dodijeljenim financiranjem za projekt RNA onečišćenja. U službenoj stranici CIRM-ove potpore projekt je naveden pod brojem DISC4-19291, s bolešću fokusa koja uključuje Alzheimerovu bolest, Parkinsonovu bolest, ALS i neurološke poremećaje, a status potpore označen je kao „Pre-Active”. To znači da je projekt odobren i financijski definiran, ali se provedba nalazi u administrativnoj ili pripremnoj fazi prije pune aktivnosti.

Potencijal, ali i otvorena pitanja

Neovisno o znanstvenoj ambiciji, projekt ima jasna ograničenja koja su prepoznali i evaluatori. U CIRM-ovim završnim komentarima kao snage se navode upotreba induciranih neurona koji zadržavaju tragove starenja, široko uzorkovanje, snažan tim i mogućnost razvoja RNA-usmjerenih terapija za Alzheimerovu i Parkinsonovu bolest. Kao slabosti se spominju teškoće objedinjavanja velikih skupova podataka i rizik da se previše aspekata staničnog starenja pripiše RNA disfunkciji, što bi moglo otežati fokusiranje istraživanja. Takve napomene važne su jer pokazuju da je riječ o visokorizičnom, ali potencijalno visokoučinkovitom istraživanju, a ne o rutinskom koraku prema terapiji.

Ako hipoteza bude potvrđena, posljedice bi mogle biti značajne. Uspješno prepoznavanje i smanjenje dobno povezanog RNA poremećaja moglo bi otvoriti novu skupinu terapijskih meta u bolestima za koje su postojeće mogućnosti liječenja ograničene i često usmjerene na usporavanje simptoma, a ne na temeljne uzroke ranjivosti neurona. Istodobno, čak i negativni ili djelomični rezultati mogu donijeti vrijednost ako preciznije pokažu gdje RNA biologija utječe na starenje mozga, a gdje su drugi mehanizmi dominantniji. U tom smislu projekt je važan i kao istraživačka platforma: kroz više od 200 staničnih linija, biofluide pacijenata, 3D modele i široki probir lijekova može stvoriti skup podataka koji će biti koristan i izvan početne hipoteze.

Što bi uspjeh značio za liječenje neurodegenerativnih bolesti

Najveće pitanje ostaje može li se starenje neurona usporiti ili djelomično preusmjeriti dovoljno rano da se smanji rizik od bolesti ili ublaži njezin tijek. Yeo je u objavi UC San Diega formulirao cilj kroz ideju očuvanja otpornosti neurona: ako se dobno uvjetovana deregulacija RNA može usporiti, neuroni bi možda mogli ostati funkcionalno otporniji čak i u prisutnosti genetskih okidača neurodegeneracije. To je privlačna, ali još nedokazana teza. Put od laboratorijskog probira do terapije za ljude obično je dug, osobito u bolestima mozga, gdje kandidati često zakažu u kasnijim fazama zbog sigurnosti, nedovoljnog učinka ili nemogućnosti da se laboratorijski rezultat prenese na kompleksan ljudski organizam.

Ipak, vrijednost ove potpore leži u pokušaju da se neurodegeneracija promatra ranije, šire i bliže biologiji ljudskog starenja. Ako istraživači uspiju razlučiti koje RNA promjene prate zdravo starenje, koje označavaju početak bolesti i koje se mogu farmakološki ili RNA-usmjereno ispraviti, otvorit će se prostor za preciznije dijagnostičke i terapijske pristupe. Za Alzheimerovu bolest, Parkinsonovu bolest i ALS to bi značilo pomak prema strategijama koje ne čekaju samo završne znakove propadanja neurona, nego nastoje očuvati stabilnost stanice prije nego što se bolest razvije u punom kliničkom obliku.

Izvori:
- UC San Diego Today – objava o potpori od 13 milijuna dolara, istraživačkom timu, metodi transdiferencijacije, induciranim neuronima, iSpheroids modelima i izjavama Genea Yea te Johna M. Carethersa (link)
- California Institute for Regenerative Medicine – službena stranica potpore DISC4-19291 s iznosom, statusom, nazivom projekta i fokusom na Alzheimerovu bolest, Parkinsonovu bolest, ALS i neurološke poremećaje (link)
- California Institute for Regenerative Medicine – opis programa DISC4, očekivani ishodi, trajanje i najveći iznos financiranja po potpori (link)
- CIRM – službeni sažeci i evaluacijski komentari za DISC4 Discovery 26.1, uključujući projekt DISC4-19291, ocjenu, navedene snage, slabosti i istraživačke ciljeve (link)