Исследователи из США опробовали на мышах эпигенетическое подавление гена одного из белков, ответственных за передачу болевого сигнала, при помощи генетических редакторов Cas9 и ZNF. На разных моделях такой подход привел к снижению болевой чувствительности у животных, сообщили ученые в статье в Science Translational Medicine.
Боль возникает в результате активации отростков первичных чувствительных (афферентных) нейронов, тела которых лежат в спинном мозге. Путем активации ионных каналов на мембранах этих нейронов сигнал передается по спинному мозгу выше и в конечном итоге достигает головного мозга.
Изучение редкого генетического заболевания, при котором у людей отсутствует чувствительность к боли, позволило обнаружить, что к такому эффекту приводит мутация, выключающая ген SCN9A, который кодирует ионный натриевый канал изотипа 1.7. Попытки создать селективный ингибитор этого канала не увенчались успехом, так как разные изотипы слишком похожи по структуре. В то же время временное подавление экспрессии гена SCN9A могло бы привести к похожему терапевтическому эффекту.
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего под руководством Тони Якша (Tony Yaksh) и Прашанта Мали (Prashant Mali) для проверки этой гипотезы применили эпигенетические редакторы — искусственные репрессоры на основе инструментов редактирования генов CRISPR-Cas9 и цинковопальцевых нуклеаз (ZNF). Первым таким инструментом стал белок dCas9 с инактивирующей мутацией, которая приводит к тому, что белок связывается в нужном месте с ДНК, но не режет ее. К белку dCas9 был присоединен репрессорный домен KRAB. Параллельно генетики присоединили домен KRAB к белку, распознающему мишень в SCN9A при помощи ДНК-связывающего домена «цинковых пальцев».
На клеточной модели нейронов исследователи убедились, что оба эпигенетических редактора синтезируются и подавляют экспрессию SCN9A. Далее репрессоры проверили на трех мышиных моделях с гиперчувствительностью к боли — индуцированной воспалением (модель травмы), химически индуцированной нейропатией (модель химиотерапии) и вызванной неспецифической активацией пуриновых рецепторов.
В качестве средства доставки редакторов использовали аденоассоциированные вирусы 9 типа (AAV9), которые вводили в спинной мозг интратекально. Чувствительность животных к боли разными стимулами (тепло, холод, прикосновение) оценивали по скорости отдергивания лапы, к которой применяли стимул.
Оказалось, что обе эпигенетические платформы приводят к подавлению экспрессии гена ионного канала, однако на разных моделях эффект оказался различным. В модели воспаления мышей тестировали на отклик на тепловой стимул, и экспрессия обоих редакторов привела к снижению чувствительности к нему. В модели нейропатии в качестве стимулов использовали прикосновение и холод, и генная терапия так же оказалась эффективной (примерно на 50-80 процентов от контроля). Результат терапии можно было наблюдать как минимум в течение 44 и 15 недель для двух моделей, соответственно, при том что выраженный эффект можно было наблюдать примерно через месяц от начала эксперимента.
Это уже не первая попытка использовать подавление экспрессии ионного канала NaV 1.7 в терапевтических целях. Ранее исследователи проверяли эффект выключения гена, например, при помощи антисмысловых нуклеотидов или РНК-интерференции. Исследователи предполагают, что генная терапия в лечении хронической боли может стать хорошей альтернативой опиоидным препаратам, злоупотребление которыми в США разрослось до масштабов настоящей эпидемии.
Автор: Дарья Спасская