Генотерапия тугоухости
Потеря слуха связана с мутациями по меньшей мере в 100 различных генах, но до 16% генетической потери слуха вызвано мутацией гена STRC; это вторая по распространенности генетическая причине тугоухости.
Первая в своем роде методика генной терапии, разработанная в Бостонской детской больнице, позволила заменить мутировавший белок стереоцилин во внутреннем ухе и обратила вспять тяжелую потерю слуха у мышей, иногда до нормального уровня слуха.
Восстановление контакта
Чтобы воспринимать звуковые волны, чувствительные волосковые клетки внутреннего уха должны вступить в контакт с текториальной мембраной, которая вибрирует в ответ на звук, а затем преобразует эти вибрации в импульсы, посылаемые в мозг.
Белок стереоцилин действует как каркас, помогая микроворсинкам (стереоцилиям) волосковых клеток собраться в организованный пучок, чтобы их кончики могли касаться мембраны.
При мутации стереоцилина этот контакт отсутствует, поэтому стереоцилии не стимулируются должным образом. Но при этом стереоцилии все еще остаются функциональными, и поэтому они восприимчивы к генной терапии.
Новая генотерапия
Для доставки здорового гена стереоцилина исследователи использовали синтетический аденоассоциированный вирусный вектор (AAV), нацеленный на стереоцилии. Они столкнулись с проблемой – ген STRC слишком велик, чтобы уместиться в AAV: длина гена составляет около 6200 пар оснований ДНК, а емкость AAV – всего 4700 пар оснований. Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи разделили ген STRC мыши пополам и поместили две половины в два отдельных AAV. Затем они планировали использовать известную технику рекомбинации белка, когда две половинки белка находят друг друга и соединяются. Но в данном случае это не сработало.
Дело оказалось в том, что в начале аминокислотной цепи белка стереоцилина есть короткий участок, который действует как навигатор и направляет его к своему месту в клетке. Когда исследователи разделили белок пополам, у одного фрагмента был сигнал, а у другой – нет, поэтому половинки могли не оказаться в одном и том же месте. Когда они добавили аминокислотный «навигатор» к обеим половинам белка, они успешно сошлись вместе. Генотерапия у мышей привела к надежному восстановлению белка стереоцилина и нормальных стереоцилий, которые могли контактировать с текториальной мембраной.
Сенсорные наружные волосковые клетки, которые необходимы для кохлеарной амплификации и нормального слуха. На изображении слева показаны дезорганизованные волосковые клетки внутреннего уха мыши с мутацией в гене STRC; в результате в клетке отсутствуют каркасные связи, обеспечиваемые белком стереоцилином. Справа – волосковые клетки после двухвекторной генной терапии (dual-AAV); нормальная организация восстановлена. Красные стрелки указывают на восстановленные поперечные связи, которые разделяют стереоцилии на организованные пучки, которые могут контактировать с вышележащей текториальной мембраной и обнаруживать звуковые вибрации. Сканирующая электронная микроскопия.
Восстановление слуха
Исследователи использовали два типа тестов на слух: тест, аналогичный используемому у новорожденных, и тест, измеряющий с помощью электрических потенциалов слуховые реакции ствола мозга на диапазон звуковых частот и интенсивности. При тестировании было обнаружено, что мыши стали гораздо более чувствительны к высоким звукам и показали улучшенную кохлеарную амплификацию – способность усиливать тихие звуки, подавляя громкие, чтобы более точно различать звуки разных частот. У некоторых мышей слух восстановился до нормального уровня.
Полученные результаты являются первым примером восстановления слуха с использованием двухвекторной генной терапии, направленной на сенсорные клетки внутреннего уха. Примерно 100 000 пациентов в США и 2,3 миллиона во всем мире несут мутации гена STRC и потенциально могут воспользоваться этой терапией.
Авторы планируют проверить, работает ли этот метод с геном STRC человека, и тестировать его в культурах клеток внутреннего уха человека, полученных от пациентов с STRC-ассоциированной потерей слуха. Они подали заявку на патент на технологию генной терапии.
Статья O.Shubina-Oleinik et al. Dual-vector gene therapy restores cochlear amplification and auditory sensitivity in a mouse model of DFNB16 hearing loss опубликована в журнале Science Advances.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru.