Choroby poliglutaminowe – skąd się biorą?

Choroby poliglutaminowe powstają w wyniku mutacji polegającej na zwiększeniu liczby powtórzeń trójki nukleotydów CAG, które kodują glutaminę. Obecnie możemy wyróżnić dziewięć różnych chorób poliQ: choroba Huntingtona, ataksje rdzeniowo-móżdżkowe typu 1, 2, 3, 6, 7, 17, zanik czerwienno-zębaty i rdzeniowo-opuszkowy zanik mięśni. Za wyjątkiem ostatniej, której dziedziczenie jest sprzężone z płcią, choroby te są dziedziczone w sposób autosomalny dominujący, a częstość występowania chorób poliQ szacuje się na ok. 1-10 przypadków na 100 tys. ludzi. Spośród tych zaburzeń choroba Huntingtona i ataksje rdzeniowo-móżdżkowe mają największą częstość występowania na świecie, inne choroby dominują w określonych obszarach geograficznych. Pomimo tego, że w skład chorób poliQ wchodzi dziewięć różnych chorób neurodegeneracyjnych, każda z nich ma swój własny gen sprawczy zlokalizowany na różnych chromosomach oraz inny próg liczby powtórzeń, które wywołują chorobę. W przypadku choroby Huntingtona ten próg to od 36 do 39 powtórzeń. Przekroczenie tych długości powoduje powstanie zmutowanego białka z wydłużoną sekwencją ciągu CAG. Objawy chorób poliQ związane są głównie z upośledzeniem funkcjonowania układu nerwowego na skutek akumulacji zmutowanego białka w komórkach neuronalnych. Obecnie choroby poliQ są nieuleczalne. Możliwe jest jedynie umiarkowane niwelowanie ich objawów. Utrudnieniem w opracowaniu terapii jest „trudna” sekwencja CAG oraz ich genetyczne podłoże. Pomimo możliwości nazwania i zlokalizowania genów odpowiedzialnych za choroby poliglutaminowe, mechanizmy ich powstawania nie są do końca znane.

Modelowanie sekwencji powtórzeń CAG

Mgr Magdalena Dąbrowska w swojej pracy badawczej zajmuje się wykorzystaniem narzędzi do edycji genomu w eksperymentalnej terapii chorób poliglutaminowych. W badaniach wykorzystuje technologię CRISPR-Cas, która umożliwia modulowanie długości sekwencji powtórzeń CAG w komórkach pozyskanych od pacjentów cierpiących na choroby poliQ. CRISPR-Cas9 to molekularne nożyczki, dzięki którym możliwe jest wykonanie cięcia we wskazanym miejscu genomu. Ta metoda wykorzystywana jest przy tworzeniu nowych modeli komórkowych i zwierzęcych oraz terapii chorób genetycznych. Magdalena Dąbrowska wykorzystuje tę technologię do indukowania pęknięć nici DNA w obszarze sekwencji powtórzeń CAG. Powoduje to jej wycięcie, skrócenie lub wydłużenie.

Nowatorska metoda qEva-CRISPR polskiej badaczki

Mgr Magdalena Dąbrowska opracowuje potencjalną terapię dla wszystkich chorób poliQ. Innowacyjność jej badań polega na używaniu technologii CRISPR-Cas do indukcji pęknięć nici DNA w obszarze powtórzeń oraz badania wpływu innych genów na modulowanie długości sekwencji CAG. Stypendystka jako pierwsza stworzyła potencjalne podejście terapeutyczne dla chorób poliQ, które polegało na wykorzystaniu zmodyfikowanej wersji nukleazy Cas9, tzw. nikazy Cas9, do wycięcia zmutowanej sekwencji CAG w komórkach pochodzących od pacjentów dotkniętych chorobą Huntingtona. To podejście okazało się efektywne, a co najważniejsze – nie powodowało efektów ubocznych. Wyniki uzyskane z tych badań zrodziły pytania o to, jakie mechanizmy biorą udział w naprawie pęknięć nici DNA w obszarze sekwencji powtórzeń CAG oraz jak efektywnie wykrywać mutacje w tym „trudnym” obszarze genomu? Odpowiedzią na ostanie było stworzenie przez stypendystkę nowej metody na polu inżynierii genetycznej o nazwie qEva-CRISPR. – Metoda qEva-CRISPR jest dedykowana do wykrywania mutacji spowodowanych przez system CRISPR-Cas9 w różnych obszarach genomu, również w sekwencjach powtarzających się. Jest prosta w obsłudze, posiada protokół dopasowany do każdego rodzaju komórek i co najważniejsze – pozwala w tym samym czasie wykryć zmiany w sekwencji celowanej, jak również w sekwencjach poza planowanym miejscem cięcia. Ułatwia rutynową pracę z technologią CRISPR-Cas9 w laboratorium i pozwala dokładniej zbadać wciąż nie do końca poznane efekty edycji – mówi mgr Magdalena Dąbrowska.

Czy powstanie nowa strategia terapeutyczna?

Obecnie Polka prowadzi badania nad poznaniem i zrozumieniem mechanizmów naprawy DNA, które są odpowiedzialne za skracanie lub wydłużanie sekwencji powtarzającej się po indukcji pęknięć nici DNA w tym obszarze. Wiedza uzyskana podczas badań pozwoli na sterowanie tymi mechanizmami, co może doprowadzić do preferencyjnego skracania wydłużonej sekwencji CAG. Jest to nowatorskie podejście, które może stać się podstawą do stworzenia nowej strategii terapeutycznej. Za swoje osiągnięcia naukowe mgr Magdalena Dąbrowska otrzymała w 2018 r. nagrodę przyznawaną przez Komitet Biotechnologii PAN im. Wacława Szybalskiego za najlepszą pracę eksperymentalną wykonaną w polskim laboratorium oraz Nagrodę Poznańskiego Oddziału Polskiej Akademii Nauk za najlepszą oryginalną pracę twórczą z obszaru nauk biologicznych i rolniczych. W 2021 r. zdobyła stypendium 21. edycji programu L’Oréal-UNESCO Dla Kobiet i Nauki w kategorii doktoranckiej za projekt badawczy „Wykorzystanie narzędzi do edycji genomu w eksperymentalnej terapii chorób poliglutaminowych”. Osiągnięcia mgr Magdaleny Dąbrowskiej zostały docenione także przez magazyn „Forbes Women”. Badaczka została wyróżniona w publikowanej corocznie Liście 100 Kobiet Roku, uwzględniającej polityczne liderki, aktywistki, przedstawicielki biznesu i nauki, artystki i innowatorki.