Ανάπτυξη φορέων τύπου spuma που εκφράζουν anti-α-σφαιρίνης short hairpin RNA (shRNA)

作者
Μαγδαληνή Παπαδάκη
标识
DOI:10.12681/eadd/34940
摘要

Η β-μεσογειακή αναιμία (β-ΜΑ) αποτελεί μια από τις συχνότερες μονογονιδιακές νόσους με εκτιμώμενο αριθμό 80 εκατομμυρίων φορέων παγκοσμίως. Σήμερα, βασική θεραπευτική αγωγή αποτελεί η δια βίου, τακτική μετάγγιση αίματος, με συγχορήγηση σιδηροδεσμευτικών χηλικών ουσιών. Στο οπλοστάσιο των εναλλακτικών θεραπευτικών προσεγγίσεων συγκαταλέγονται η αλλογενής μεταμόσχευση μυελού των οστών από ιστοσυμβατούς δότες, αλλά και η αυτόλογη μεταμόσχευση αρχέγονων αιμοποιητικών κυττάρων (ΑΑΚ) μετά από γενετική διόρθωση, στα πλαίσια των προσεγγίσεων γονιδιακής θεραπείας. Η παρούσα μελέτη αποτελεί μια εναλλακτική προσέγγιση στη γονιδιακή θεραπεία της β-θαλασσαιμίας, που στοχεύει στη μείωση της παθολογικής περίσσειας των αλυσίδων της α-σφαιρίνης. Η ελαττωμένη παραγωγή β-σφαιρίνης, σε συνδυασμό με τη φυσιολογική σύνθεση της α-σφαιρίνης, οδηγεί στην ποσοτική περίσσεια των α-αλυσίδων και ακολούθως στην κατακρήμνιση τους, με αποτέλεσμα την απόπτωση και την πρόωρη καταστροφή των πρόδρομων αιμοποιητικών κυττάρων του μυελού των οστών [μη αποδοτική ερυθροποίηση). Η σημασία της διερεύνησης της α-σφαιρίνης ως θεραπευτικού στόχου έχει επιβεβαιωθεί και από περιπτώσεις ασθενών με διπλή ετεροζυγωτία για την α- και τη β-θαλασσαιμία στους οποίους έχει παρατηρηθεί βελτίωση του κλινικού φαινοτύπου. Η ανάπτυξη μιας εναλλακτικής προσέγγισης στη γονιδιακή στόχευση της β-μεσογειακής αναιμίας στηρίχτηκε στο μηχανισμό της παρεμβολής του RNA (RNA interference, RNAi), που αφορά στη διαδικασία της εξειδικευμένης μεταμεταγραφικής αποσιώπησης συγκεκριμένης ακολουθίας μορίων mRNA. Η αξιοποίηση της τεχνολογίας του RNAi αποτελεί πλέον σημαντικό εργαλείο, τόσο για τη βασική έρευνα, όσο και τη ρύθμιση κλινικά σημαντικών γονιδίων. Θεωρητικά, κάθε ασθένεια που προκαλείται από την ενεργοποίηση ενός ή περισσοτέρων γονιδίων μπορεί να αντιμετωπιστεί με τη μέθοδο του RNAi, ενώ θεραπευτικές εφαρμογές ήδη βρίσκονται στο στάδιο των κλινικών δοκιμών. Η επαγωγή μιας θεραπευτικά σημαντικής μείωσης της α-σφαιρίνης στη β-μεσογειακή αναιμία, απαιτεί τη σταθερή αποσιώπηση της στα αρχέγονα αιμοποιητικά κύτταρα των ασθενών. Μόνη επιλογή για την επίτευξη σταθερής γονιδιακής αποσιώπησης αποτελεί η έκφραση των μορίων siRNA από ιϊκούς φορείς, ικανούς να ενσωματώνονται σταθερά στο γονιδίωμα των κυττάρων-στόχων. Οι φορείς επιλογής στην παρούσα εργασία είναι οι φορείς από αφροϊούς (FV-foamy viruses), οι οποίοι ανήκουν στην υποοικογένεια Spumaretrovirinae των ρετροϊών, με σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των υπολοίπων ιϊκών φορέων. Φυσικοί φορείς των αφροϊών είναι τα πιθηκοειδή, στα οποία δεν έχουν ενοχοποιηθεί για κάποιο νόσημα, Στα πλεονεκτήματα των αφροϊικών φορέων περιλαμβάνονται ο εξαιρετικά ευρύς κυτταρικός τροπισμός, ένα ευνοϊκό πρότυπο ενσωμάτωσης μακριά από κώδικές αλληλουχίες, η ικανότητα παραμονής σε μη-διαιρούμενα κύτταρα (φάση G0) και η αποτελεσματική διαμόλυνση αρχέγονων αιμοποιητικών κυττάρων. Οι ιδιότητες αυτές τους καθιστούν ιδιαίτερα υποσχόμενη τεχνολογία σε σχέση με τους γ-ρετροϊούς και τους λεντοϊούς, ειδικά από άποψη κλινικής ασφάλειας. Ο βασικός πειραματικός όγκος της παρούσας διατριβής επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη και αξιολόγηση νέων αφροϊικών φορέων-RNAi, ικανών να επάγουν σταθερή γονιδιακή αποσιώπηση, με τελικό στόχο την εφαρμογή τους στη μείωση της α-σφαιρίνης στη β-μεσογειακή αναιμία. Χρησιμοποιώντας απενεργοποιημένους αφροϊικούς φορείς τρίτης γενιάς (ΔΦ) που εκφράζουν μόρια shRNA υπό τον έλεγχο των υποκινητών της RNA Pol III (mU6 του ποντικού και Η1 του ανθρώπου) μελετήθηκε λεπτομερώς η εφαρμογή των φορέων FV στην επαγωγή του μηχανισμού RNAi. Μέσω μια σειράς πιλοτικών πειραμάτων για τη μελέτη της αποσιώπησης του γονιδίου-μάρτυρα GFP σε διαφορετικές κυτταρικές σειρές in vitro, αλλά και σε αρχέγονα αιμοποιητικά κύτταρα ex vivo και in vivo, δείχτηκε ότι και οι δύο τύποι υποκινητών επάγουν υψηλά επίπεδα αποσιώπησης με πτώση της έκφρασης της GFP έως το 60% της αρχικής τιμής, ακόμα και με ένα ενσωματωμένο αντίγραφο φορέα (ΜOI<1). Παρόλα αυτά, η σταθερή έκφραση μορίων shRNA από τους φορείς με τον υποκινητή mU6 ήταν τοξική στις ανθρώπινες κυτταρικές σειρές που μελετήθηκαν, οδηγώντας σε προοδευτική απόπτωση των διαμολυσμένων κυττάρων. Αντίθετα, οι φορείς με τον υποκινητή Η1, ήταν αποτελεσματικοί και σταθεροί in vitro, υποδεικνύοντας τη σημασία της συνολικής κυτταρικής φυσιολογίας στην εκτίμηση των παρατηρούμενων επιδράσεων. Η αποτελεσματικότητα των φορέων Η1 ήταν σταθερή και στην αποσιώπηση του ογκογονιδίου BCR-ABL στην λευχαιμική σειρά Κ562, ενισχύοντας τη δυνατότητα εφαρμογής των αφροϊικών φορέων-RNAi στην κατευθυνόμενη θεραπεία νεοπλασματικών διαταραχών, όπως η χρόνια μυελογενής λευχαιμία. Σε αντίθεση με τα ανθρώπινα κύτταρα, οι φορείς mU6 ήταν ικανοί για αποτελεσματική και σταθερή αποσιώπηση στα αρχέγονα αιμοποιητικά κύτταρα του ποντικού, τόσο ex vivo, όσο και in vivo. Σε μοντέλο μεταμόσχευσης μυελού των οστών, η ελάττωση της έκφρασης του γονιδίου-στόχου στα μεταμοσχευμένα ζώα έφτασε το 70- 90%, έως και 3 μήνες μετά τη μεταμόσχευση. Η τεχνογνωσία που αποκτήθηκε, εφαρμόστηκε στη στόχευση της περίσσειας των α-αλυσίδων στη β-μεσογειακή αναιμία, μελετώντας έναν αριθμό διαφορετικών μορίων shRNA κατά της α-σφαιρίνης του ανθρώπου και του ποντικού. Η αρχική επιλογή των αποτελεσματικότερων αλληλουχιών shRNA έγινε in vitro, στις ερυθρολευχαιμικές σειρές MEL του ποντικού και Κ562 του ανθρώπου. Τρεις, τουλάχιστον, αλληλουχίες μορίων shRNA για κάθε είδος, ήταν ικανές να επάγουν σταθερή μείωση του mRNA της α-σφαιρίνης του ποντικού (10-20%) και του ανθρώπου (έως και 50%) ακόμα και σε χαμηλό MOI (1-5), που ήταν ανιχνεύσιμη και σε επίπεδο πρωτεΐνης. Τα αποτελέσματα στα αρχέγονα αιμοποιητικά κύτταρα ήταν ακόμα πιο ενθαρρυντικά. Όλα τα υποψήφια μόρια shRNA μείωσαν αποτελεσματικά την έκφραση της α-σφαιρίνης κατά 70-85% στο ποντίκι και 50-95% στον άνθρωπο. Σε λειτουργικό επίπεδο, παρατηρήθηκε ότι η μείωση της α-σφαιρίνης σε αρχέγονα αιμοποιητικά κύτταρα φυσιολογικών ατόμων επάγει μια φαινοτυπική κατάσταση «α-θαλασσαιμίας», που συνοδεύεται από την αυξημένη ερυθροποίηση που παρατηρείται στα θαλασσαιμικά σύνδρομα. Ανάλογες λειτουργικές μελέτες στο θαλασσαιμικό μοντέλο ποντικού th3/+, έδειξαν ότι η ελάττωση της περίσσειας της α-σφαιρίνης κατά 40-50% επιφέρει μια γενικότερη αποκατάσταση της φυσιολογικής διαδικασίας ερυθροποίησης, όπως τεκμηριώθηκε με τη διόρθωση της κλωνογόνου ικανότητας των αρχέγονων αιμοποιητικών κυττάρων (αριθμός αποικιών BFUe) και τη μεταβολή των δεικτών ερυθροποίησης (CD71/Terll9). Η παρούσα μελέτη περιλαμβάνει, για πρώτη φορά, τη λεπτομερή ανάλυση του συστήματος των αφροϊικών φορέων στην επαγωγή του μηχανισμού RNAi, παρέχοντας σημαντικές πληροφορίες για τους περιορισμούς και την αποτελεσματικότητα της τεχνολογίας. Επιπλέον, εξετάζει αναλυτικά τα ποσοτικά χαρακτηριστικά της μείωσης της α-σφαιρίνης, σε διαφορετικά κυτταρικά συστήματα του ανθρώπου και του ποντικού και τις επακόλουθες λειτουργικές επιδράσεις στην πορεία της ερυθροποίησης. Τα αποτελέσματα της μελέτης υποδεικνύουν ότι η αποσιώπηση της α-σφαιρίνης, τουλάχιστον ex vivo, επάγει μια γενικότερη λειτουργική κατάσταση «α-θαλασσαιμίας», η οποία μπορεί να δράσει εξισορροπητικά στην ποσοτική περίσσεια των α-αλυσίδων στη β-μεσογειακή αναιμία, επάγοντας τη βελτίωση του θαλασσαιμικού φαινοτύπου. Η παρούσα εργασία αποδεικνύει τόσο τη θεραπευτική χρησιμότητα του συστήματος των φορέων από αφροϊούς για RNAi, όσο και την αξία της α-σφαιρίνης στη στοχευμένη γονιδιακή θεραπεία της β-μεσογειακής αναιμίας.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
小勇发布了新的文献求助10
1秒前
2秒前
烂漫的铭发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
咕呱er完成签到,获得积分10
4秒前
ky666完成签到,获得积分10
5秒前
汉堡包的应助被fhg采纳,获得10
5秒前
搞怪的砖家完成签到,获得积分10
5秒前
7秒前
咎如天发布了新的文献求助10
7秒前
小刘发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
Hello的应助被咕呱er采纳,获得10
8秒前
星辰大海的应助被勤恳帽子采纳,获得20
8秒前
Tsing完成签到,获得积分10
9秒前
Orion完成签到,获得积分10
10秒前
蓝莓小蛋糕完成签到 ,获得积分10
10秒前
11秒前
搜集达人的应助被勤恳帽子采纳,获得30
11秒前
11秒前
usdeoo发布了新的文献求助10
12秒前
蓝箱完成签到,获得积分10
12秒前
dawnstar发布了新的文献求助50
12秒前
逆流沙完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
SciGPT的应助被勤恳帽子采纳,获得10
13秒前
溪山果林完成签到,获得积分10
14秒前
哈哈哈完成签到 ,获得积分10
15秒前
WX发布了新的文献求助10
16秒前
17秒前
爱笑的书萱完成签到,获得积分20
17秒前
星辰完成签到,获得积分10
18秒前
18秒前
18秒前
18秒前
晚风完成签到 ,获得积分10
19秒前
顾矜的应助被跳跃的大碗采纳,获得10
19秒前
19秒前
wjl完成签到,获得积分10
19秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Aspects of Post-SPE Phonology 2000
Nanocomposite Removal of Pesticides from Wastewater 1000
Rosenblum, Global Change Biology 800
Final Report for the 2-D Test of Model 901 Rotor and Wing Airfoils (BSWT 592) 528
Berberine regulates the TLR4 signaling pathway to suppress hypoxia-induced proliferation and migration of pulmonary arterial smooth muscle cells 520
Organizational Behavior 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 计算机科学 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 内科学 复合材料 催化作用 心理学 人工智能 细胞生物学 光电子学 无机化学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7902958
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9409056
关于积分的说明 20883542
捐赠科研通 7505214
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3360910
关于科研通互助平台的介绍 2499278
邀请新用户注册赠送积分活动 2391028