mRNS technológia az Alzheimer-kór kezelésében

A PLOS Biology folyóiratban március 7-én jelent meg a China Air Force Medical University kutatóinak közleménye, amelyben egy általuk kifejlesztett mRNS alapú Alzheimer-terápiát ismertet. A cikkben a kutatócsoport arról számol be, hogy egy Alzheimer-kóros egér modellszervezetben egy olyan génváltozatot hoztak létre, melynek hatására a mieloid sejtek képesek voltak beszivárogni az agyba, ahol makrofágokká érlelődtek, amelyek aztán felfalták a betegség egyik legfőbb patologikus jellemzőjének számító amiloid-béta plakkokat. A beavatkozás javította az egerek kognitív képességeit a többi genetikailag változatlanul hagyott Alzheimer-kóros modellszervezetekhez képest. Globálisan több klinikai vizsgálatban értékelnek amiloid-béta célpontú gyógyszereket a korai Alzheimer-kór kezelésére, ám a kínai kutatók szerint eredményeik a kezelési stratégiák teljesen új irányát teremthetik meg.

A cikkben ismertetett vizsgálat középpontjában álló gén a METTL3 enzimet kódolja. A METTL3 egy RNS N6-metiladenozin vagy m6A metiltranszferáz, és a génexpresszió szabályozásában vesz részt oly módon, hogy m6A-metilációt hajt végre számos különböző típusú RNS-en, köztük az mRNS-en is. Korábbi kutatások már kimutatták, hogy a METTL3 normális működése kulcsszerepet játszik a hosszú távú memória konszolidációjában a hippokampuszban, egy 2020-ban publikált vizsgálat pedig arra hívta fel a figyelmet, hogy Alzheimer-kóros egérmodellekben fokozottabb expressziót mutatott, mint a kontrollokban. Ez az eredmény arra utalt, hogy az RNS m6A metilációja szerepet játszhat a betegség kialakulásának valamely fontos élettani folyamatában.

Valószínűnek tűnt tehát, hogy a METTL3 szint csökkenése, esetleg az enzim hiánya valamilyen pozitív hatást eredményezhet az Alzheimer-kóros állati modellszervezetekben. A hipotézis bizonyítása vagy megcáfolása érdekében a kutatók olyan egérmodellt fejlesztettek ki, amelynek a mieloid sejtjeiből kiütötték (knockout) a METTL3 enzimet kódoló gént (a mieloid sejtek olyan, csontvelőből származó sejtek, amelyekből később különböző típusú vér- és immunsejtek alakulnak ki). A kutatók kifejezetten a mieloid sejtekre összpontosítottak, mégpedig azért, mert a közelmúltban végzett kutatások kimutatták, hogy ezek a sejtek képesek átjutni a vér-agy gáton, és makrofágokká differenciálódni. Ezek az úgynevezett "vérből származó makrofágok" (blood-derived macrophages) feltehetően az agy rezidens immunsejtjeivel, a mikrogliával számos folyamatban együttműködnek, a neurodegeneráció elleni védelemtől kezdve a központi idegrendszer károsodásainak helyreállításáig.

A kutatók ezután amiloid-béta plakkokat injektáltak az új egérmodellek és a genetikai változtatás nélküli kontroll egerek egy-egy csoportjának agyába, hogy mesterségesen Alzheimer-kórt idézzenek elő, majd egy pár labirintustesztet végeztek velük a kognitív funkcióik felmérésére. Mivel hamar nyilvánvalóvá vált, hogy a METTL3-hiányos csoport jobban teljesített, mint társaik, a biztonság kedvéért megismételték a vizsgálatot egy apró módosítással: kontroll és METTL3-hiányos egerekből származó csontvelőt ültettek át két további egércsoportba, majd mindegyikben Alzheimer-kórt idéztek elő, és ugyanazokat a memóriateszteket végeztették el velük. Azok az egerek, amelyek a METTL3-hiányos (METTL3-knockout) egerek csontvelőjét kapták, jobban teljesítettek, mint azok, amelyek a vad típusú (kontroll) modellekből kaptak csontvelőt. Az eredmények együttesen azt sugallták, hogy a METTL3 gátlása legalábbis lelassította az Alzheimer-kór progresszióját.

Ezután a kutatócsoport közelebbről is megvizsgálta, hogy egészen pontosan mi történik a METTL3-hiányos sejtekben. Egy korábbi tanulmány alapján, amely szerint a mikrotubulusok acetilálása szerepet játszhat a neurodegeneratív betegségekben, összehasonlították a vad típusú makrofágok mikrotubulusait a METTL3 nélküli makrofágokéival. A METTL3-hiányos sejtek mikrotubulusai kevésbé voltak acetiláltak, mint a vad típusú sejteké, és a folyamatban részt vevő egyik kulcsfontosságú gén, az ATAT1 expressziója is alacsonyabb volt. További elemzések azonban azt mutatták, hogy a METTL3 nem befolyásolja közvetlenül az ATAT1 expresszióját, ami azt jelentette, hogy a kutatóknak itt még hiányzott a kirakós egy darabkája.

Az mRNS-expressziós mintázatok további elemzései azonban erre is választ adtak. A kutatók arra jöttek rá, hogy normál körülmények között a METTL3 egy másik gén, a DNMT3A expresszióját is szabályozza az m6A metiláción keresztül. Ez egy „olvasófehérje” (reader protein) segítségével történik, ami egy olyan fehérjetípus, amely felismeri a megváltozott DNS-t vagy RNS-t és hozzá is kötődik - ebben az esetben ez egy olyan fehérje, amely kifejezetten az m6A-metiláción átesett mRNS-eket ismeri fel. A DMT3A expressziója tehát közvetetten növeli az ATAT1 expresszióját, ami a mikrotubulusok acetilálásához vezet. METTL3 nélkül azonban nincs elégséges olvasófehérje-aktivitás a DMT3A expressziójához, ami azt jelenti, hogy a METTL3 enzimet kódoló gén kiütése egyben gátolta az ATAT1 expresszióját is, így a mikrotubulusok acetilálódását. További vizsgálatok eredményei pedig azt jelezték, hogy a mikrotubulusok acetilálódásának elmaradása arra késztette a mieloid sejteket, hogy az agyba vándoroljanak, ahol makrofágokká érlelődtek, és elpusztították az amiloid-béta plakkokat. Ez vezetett az egér modellszervezetek kognitív funkcióinak javulásához.

Bár a fentiekben részletezett, összetett mechanizmus egyelőre sok nyitott kérdést hagy maga után, az eredmények azt sugallják, hogy az m6A metiláció célzott kezelése az Alzheimer-kór kezelésének egyik potenciális útja, új kutatási területe. Mivel az mRNS-metiláció a génreguláció egyik központi, fontos folyamata, a jövőbeli kutatásoknak elsősorban azt kellene tisztázniuk, hogy a biológiai útvonal mely pontján tudnának beavatkozni anélkül, hogy jelentős mellékhatásokat okoznának.

Az Alzheimer-kór elleni készítmények, terápiák fejlesztésének eddigi története tele van sajnálatos kudarcokkal, bár a közelmúltban több jelentős áttörés is történt ezen a területen. Az utóbbi években az FDA már két készítményt is engedélyezett a gyógyíthatatlan betegség korai stádiumú, enyhe funkcióromlással járó terápiájára. Ez a két készítmény a 2021 júniusában óriási viták közepette engedélyezett Aduhelm (adukanumab, Biogen és Eisai), valamint a 2023 januárjában jóváhagyott Leqembi (lekanemab, szintén a Biogen és az Eisai készítménye). Hamarosan minden bizonnyal engedélyt kap a harmadik antitest, a donanemab (Eli Lilly) is, de itt az FDA további adatokat kért a TRAILBLAZER klinikai vizsgálatokból a hosszabb időn át tartó alkalmazás biztonságosságának és hatásosságának igazolására. Mind a három előbb említett szer monoklonális antitest, de már poliklonális antitestekkel is folynak vizsgálatok, ilyen például a svájci AC Immune SA által megindított, és fázis I/II. szakaszban jó eredményeket mutató ABATE klinikai vizsgálat, melyben az ACI-24.060 vizsgálati hatóanyagot értékelik. Előnye, hogy nem egyetlen molekulát ismert fel, hanem egy antigén több epitópját is képes levadászni, és ezt a képességét a preklinikai fázis során végzett vizsgálatokban bizonyította is.

Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:

Potential Alzheimer's treatment mechanism modifies mRNA to bring immune cells into the brain

Loss of the m6A methyltransferase METTL3 in monocyte-derived macrophages ameliorates Alzheimer’s disease pathology in mice

m6A RNA methylation: from mechanisms to therapeutic potential

METTL3-mediated N6-methyladenosine mRNA modification enhances long-term memory consolidation

Abnormality of m6A mRNA Methylation Is Involved in Alzheimer’s Disease

Phosphatidylserine Ameliorates Neurodegenerative Symptoms and Enhances Axonal Transport in a Mouse Model of Familial Dysautonomia