Исследовательская группа Научно-технологического университета «Сириус» представила усовершенствованный подход к генной терапии наследственной оптической нейропатии Лебера (LHON) — тяжёлого митохондриального заболевания, которое приводит к быстрой и зачастую необратимой потере центрального зрения. Работа посвящена оптимизации доставки терапевтического гена, кодирующего белок ND4 в митохондрии клеток, что может существенно повысить эффективность будущих методов лечения одной из наиболее распространённых форм наследственной слепоты. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.
Наследственная оптическая нейропатия Лебера чаще всего вызывается мутацией mt.11778G>A в митохондриальном гене MT-ND4, нарушающей работу первого комплекса дыхательной цепи митохондрий. Из-за этого клетки сетчатки, особенно ганглиозные клетки зрительного нерва, испытывают тяжёлый энергетический дефицит, страдают от избыточного окислительного стресса и нарушений кальциевого обмена, что в конечном итоге приводит к их гибели.
Поскольку митохондриальная ДНК крайне сложно поддаётся прямому редактированию, одним из наиболее перспективных подходов считается аллотопическая экспрессия — перенос рабочей копии повреждённого митохондриального гена в ядро клетки с последующей доставкой синтезированного белка обратно в митохондрии.
В новом исследовании учёные Научного центра трансляционной медицины Научно-технологического университета «Сириус» протестировали пять различных митохондриальных сигнальных последовательностей (MTS), отвечающих за транспорт терапевтического белка ND4 к месту его действия. Наиболее эффективной оказалась последовательность MTS-cox8k. Использование именно этой конструкции в клеточной модели позволило существенно восстановить митохондриальную функцию: уровень активных форм кислорода снизился на 72%, содержание кальция в митохондриях уменьшилось на 47%, а митохондриальный мембранный потенциал увеличился на 38%. Эти результаты свидетельствуют о выраженном снижении клеточного стресса и частичном восстановлении энергетического обмена.
«У пациентов с нейропатией Лебера мутация нарушает работу митохондриальной дыхательной цепи, что запускает каскад повреждений и приводит к гибели клеток сетчатки. Мы доставили в ядро клетки функциональную копию гена, кодирующего белок ND4, и направили его продукт в митохондрии. Наша цель — создание реального терапевтического продукта для пациентов», — отмечает аспирант, младший научный сотрудник направления «Генная терапия» Научного центра трансляционной медицины, выпускник магистерской программы «Генетика и генетические технологии» Научно-технологического университета «Сириус» Евгений Лапшин.
Исследование показало, что выбор транспортной последовательности играет критически важную роль в успехе терапии. Универсального решения для доставки митохондриальных белков не существует: эффективность напрямую зависит от структуры конкретного белка, поэтому для каждого заболевания может потребоваться отдельная оптимизация.
«Наши результаты демонстрируют, что нельзя использовать случайный митохондриальный транспортёр. Для каждого терапевтического белка требуется индивидуальный скрининг. Это открывает путь к разработке более точных и эффективных методов лечения различных митохондриальных заболеваний», — подчёркивают исследователи.
Для проведения работы была создана специализированная клеточная модель на основе линии HEK-293 с митохондриями пациентов, несущих мутацию mt.11778G>A. Хотя эта система не полностью воспроизводит патологию ганглиозных клеток сетчатки, она представляет собой важную биотехнологическую платформу для первичного тестирования терапевтических конструкций и последующего контроля качества будущих препаратов.
Следующим этапом исследований станут испытания на нейрональных моделях, включая ганглиозные клетки сетчатки, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациентов, а также доклинические исследования на животных моделях с оценкой безопасности и эффективности вирусной доставки.
Несмотря на то, что технология пока находится на доклинической стадии, работа уже рассматривается как важный шаг к созданию следующего поколения генной терапии наследственной нейропатии Лебера. Поскольку исследование направлено на оптимизацию уже существующего терапевтического подхода, а не создание принципиально новой платформы, переход к практическому применению потенциально может быть ускорен.
Разработка эффективной терапии имеет особую значимость, поскольку существующие методы лечения, включая идебенон, способны лишь частично замедлить прогрессирование болезни, но редко позволяют восстановить утраченное зрение. Новая стратегия приближает создание патогенетического лечения, способного воздействовать непосредственно на молекулярную причину заболевания, что может существенно изменить перспективы для пациентов с наследственной митохондриальной слепотой. Исследование реализуется в рамках масштабного проекта «Разработка генотерапевтических продуктов для лечения наследственных ретинопатий и нейропатий» научной группы направления «Генная терапия» под руководством Александра Карабельского.
Автор: Элина Стоянова