Ein weniger begangener Weg: Wie weniger Huntingtin die somatische Instabilität verändern und Symptome möglicherweise hinauszögern kann

Ein Rätsel, von dem viele Wissenschaftler glauben, dass darin der Schlüssel zur Heilung von HD liegt, ist das rätselhafte Erkrankungsalter. Obwohl Menschen mit HD das erweiterte Gen von Geburt an tragen, entwickeln sie meist erst später im Leben Symptome – was darauf hindeutet, dass sich unter der Oberfläche etwas Ungutes zusammenbraut! Eine Erklärung, die in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen hat, ist ein Prozess namens somatische Instabilität, bei dem sich die Expansion im Laufe des Lebens weiter verschlimmert. Neuere Arbeiten aus dem Labor von Dr. Jeff Carroll an der University of Washington untersuchten mehrere genetische Methoden, um besser zu verstehen, was die somatische Instabilität verursacht und ob Huntingtin-senkende Therapien sie verlangsamen könnten.

Eine instabile Wiederholung

Um die somatische Instabilität zu verstehen, schauen wir kurz darauf zurück, wie Gene funktionieren. Normalerweise werden Gene wie Huntingtin bzw. HTT kopiert, um Botenmoleküle – mRNA genannt – herzustellen, durch einen Prozess, der als Transkription bekannt ist. Diese genetischen Nachrichten können dann als Vorlage dienen, um über einen weiteren Prozess namens Translation Proteine herzustellen.

Bei HD enthält das HTT-Gen jedoch zusätzliche genetische Buchstaben (C-A-Gs), die sich zu oft wiederholen, sodass seine mRNA-Botschaft ein abnormes Protein erzeugt. In manchen Zellen können diese CAG-Wiederholungen im Laufe des Lebens noch länger werden, was zu einer mRNA führt, die immer repetitiver ist. Wenn Symptome auftreten, können diese CAG-Wiederholungen in bestimmten Zellen bereits in die Hunderte gewachsen sein. Diese fortlaufende Erweiterung der CAG-Wiederholung in HTT, somatische Instabilität genannt, ist eine führende Theorie dafür, warum der Beginn von HD typischerweise bis ins Erwachsenenalter verzögert ist.

Viele laufende klinische Studien konzentrieren sich darauf, die Menge an HTT zu reduzieren, die aus dem fehlerhaften Gen produziert wird. Unklar ist jedoch, ob eine Senkung der HTT-Spiegel das Wachstum der CAG-Wiederholung im HTT-Gen verlangsamt. Obwohl die somatische Instabilität ein Hauptverdächtiger für den verzögerten Beginn von HD ist, handelt es sich bislang nur um eine Korrelation. Trotzdem lohnt es sich definitiv zu untersuchen, was sie verursacht und ob HTT-senkende Therapien, die bereits in klinischen Studien sind, darauf Einfluss haben können.

Huntingtin herunterregeln

In einer neuen Studie testete ein Team an der University of Washington, ob eine HTT-Senkung die somatische Instabilität beeinflusst. Aus früheren Arbeiten hatten sie eine Therapieform namens Antisense-Oligonukleotide (ASOs) eingesetzt, die an mRNA binden und sie in den zellulären „Mülleimer“ schicken, um die HTT-Spiegel in Mäusen zu senken. Sie knüpften an diese Experimente an und fanden heraus, dass ASOs das Wachstum der CAG-Wiederholungen ebenfalls um etwa 50 % reduzierten. Das sind gute Nachrichten, denn mehrere laufende klinische Studien untersuchen bereits ASOs.

Obwohl gut verstanden ist, dass ASOs die Menge der Ziel-mRNA senken können, waren die Forschenden überrascht, dass dadurch das Wachstum der CAGs im HTT-Gen gebremst wurde. Sie vermuteten, dass die ASOs die mRNA möglicherweise schon an ihrer Quelle stören – in einem Prozess namens Transkription. Neuere Arbeiten anderer Gruppen haben die Transkriptionsrate mit dem Wachstum der CAGs in Verbindung gebracht: Je stärker das HTT-Gen genutzt wird, um mRNA herzustellen, desto schneller häufen sich die CAGs an. Diese Hypothese veranlasste das Team, genau zu untersuchen, wie ASOs das CAG-Wachstum verlangsamen.

Die Forschenden zogen zwei mögliche Wege in Betracht, wie ASOs die somatische Instabilität verlangsamen könnten.

1. Das HTT-Protein selbst war für die somatische Instabilität verantwortlich, und durch die verringerte HTT-Produktion reduzierten ASOs die somatische Instabilität.
2. Der Prozess des Anschaltens des HTT-Gens verursachte die somatische Instabilität, und durch die reduzierte Transkription verringerten ASOs die somatische Instabilität.

Um herauszufinden, wie ASOs die somatische Instabilität beeinflussen könnten, injizierten die Forschenden Mäusen ein ähnliches Molekül namens siRNA, das das HTT-Protein reduziert, die Transkription jedoch nicht beeinflusst. Als die HTT-Proteinspiegel mithilfe von siRNA gesenkt wurden, sahen sie keinen Effekt auf die somatische Instabilität. Das bedeutet nicht, dass siRNA keinen Nutzen hatte – nur, dass siRNA die somatische Instabilität in den Zellen, die das Team untersuchte, nicht verringerte. Es deutet jedoch darauf hin, dass ASOs das CAG-Wachstum durch Störung der Transkription verlangsamen und nicht durch das Senken der Proteinspiegel.

Weniger Lieferungen, weniger Schlaglöcher?

Um den Unterschied zwischen siRNA und ASOs zu veranschaulichen, stell dir das HTT-Gen als eine alte Straße vor, auf der Sattelschlepper Lieferungen ausfahren, und die Pakete stehen für mRNA-Botschaften. Mit jedem Jahr, in dem die Straße befahren wird, werden ihre Schlaglöcher und Risse schlimmer – so wie sich die CAG-Wiederholung in HTT umso mehr verschlimmert, je stärker sie genutzt wird, um Protein herzustellen. HTT-Spiegel mit siRNA zu senken ist, als würde man die Anzahl der Pakete reduzieren, aber es sind immer noch genauso viele Lkw auf der Straße – sie sind nur leerer! ASOs dagegen reduzieren die Anzahl der Lkw, und weniger Lkw bedeuten weniger Verschleiß der Straße und damit ein langsameres CAG-Wachstum.

Die Forschenden wählten einen direkteren Ansatz, um den Zusammenhang zwischen somatischer Instabilität und Transkription zu testen. Sie nutzten ein genetisch verändertes Mausmodell der HD, bei dem die HTT-Transkription wie mit einem Schalter ein- oder ausgeschaltet werden kann, indem man dem Trinkwasser eine spezielle Chemikalie zusetzt. Bei Mäusen, bei denen die HTT-Transkription ausgeschaltet war, beobachteten sie, dass sich die somatische Instabilität verlangsamte. Außerdem: Je länger die HTT-Transkription ausgeschaltet war, desto weniger wuchsen die CAG-Wiederholungen. Diese Ergebnisse lieferten – zusammen mit ihren ASO-Experimenten – gute Hinweise darauf, dass die Transkription teilweise für die somatische Instabilität verantwortlich ist.

Zinkfinger-Sperren

Auch wenn es fantastisch klingt, HTT per Chemikalie im Trinkwasser ein- oder auszuschalten, funktioniert das nur bei diesem speziellen Typ genetisch veränderter Mäuse – was wir leider nicht sind! Daher wandten sich die Forschenden einem praktischeren Ansatz zu: Zinkfingerproteinen (ZFPs). Das sind gentechnisch veränderte Proteine, die direkt an CAG-Wiederholungen andocken und die Transkription blockieren. In unserer Analogie sind ZFPs wie riesige Straßensperren, die den Verkehr abschneiden. Wenn die Liefer-Lkw, die über die Straße fahren (und die Transkription darstellen), dazu führen, dass die Schlaglöcher schlimmer werden (CAG-Wachstum), dann sollte das Stoppen des Verkehrs die somatische Instabilität verlangsamen.

Um ZFPs zu testen, nutzten sie ein Virus, um die DNA-Anweisungen in Mausgehirne einzuschleusen. Eine Seite des Mausgehirns erhielt eine Version des ZFP, die an die CAG-Wiederholung andockt und die Transkription abschaltet, die andere Seite erhielt eine Version des ZFP, die an HTT bindet, die Transkription aber nicht abschaltet. Die ZFPs, die die Transkription blockierten, zeigten eine beeindruckende Reduktion der somatischen Instabilität um 70 %. Überraschenderweise führten ZFPs, die an HTT binden, aber die Transkription nicht blockieren, immer noch zu einer moderaten Reduktion der somatischen Instabilität um 42 %. Das sind gute Nachrichten, denn die HTT-Transkription vollständig abzuschalten könnte unsicher sein, weil HTT weiterhin wichtige Funktionen in Gehirnzellen erfüllt. HTT also teilweise eingeschaltet zu lassen und zugleich die somatische Instabilität zu verlangsamen, könnte einen sichereren therapeutischen Ansatz darstellen.

Therapeutische Perspektiven

Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass das Herunterregeln der HTT-Transkription nicht nur die Menge des toxischen HTT-Proteins in der Zelle reduziert, sondern auch das CAG-Wachstum verlangsamen könnte. So überzeugend ein langsameres CAG-Wachstum auch klingt: Es ist wichtig zu betonen, dass wir noch nicht sicher wissen, ob die somatische Instabilität den Krankheitsbeginn verursacht – es ist „nur“ eine vielversprechende Spur! Außerdem könnte eine Reduktion der HTT-Transkription, die mit verlangsamter somatischer Instabilität verknüpft war, ganz andere, nicht damit zusammenhängende Probleme in der Zelle verursachen. In unserer Analogie würde das Blockieren der Paketzustellung zwar verhindern, dass Schlaglöcher entstehen – aber es würde ganz sicher auch eine wütende Menge Kund*innen erzeugen, die auf ihre Pakete warten!

Klinische Studien mit ASOs laufen bereits, und an ZFP-basierten Therapien wird gearbeitet. Auch wenn es viel Grund für Optimismus gibt, sind einige wichtige Einschränkungen zu beachten. Erstens sind die Mäuse in diesen Experimenten gentechnisch so verändert, dass sie eine extreme CAG-Wiederholungs-Mutation tragen, weil sie sonst aufgrund ihrer kurzen Lebensspanne keine Symptome zeigen würden. Und ob sich diese Therapien beim Menschen wirksam oder sicher umsetzen lassen, ist ein weiteres großes Fragezeichen. Zum Beispiel könnten ASOs und ZFPs innerhalb der sehr kurzen Lebensdauer einer Maus zwar verträglich sein, aber wir kennen die langfristige Sicherheit oder Wirksamkeit beim Menschen nicht. Unabhängig davon werden wir jede Entwicklung genau verfolgen und Updates teilen, sobald sie veröffentlicht werden!

Zusammenfassung

• CAG-Wiederholungen im HTT-Gen dehnen sich im Laufe des Lebens weiter aus, und diese somatische Instabilität könnte zum verzögerten Beginn von HD beitragen.
• ASO-Behandlungen verlangsamen die Repeat-Expansion, indem sie die HTT-Transkription reduzieren – nicht nur die HTT-Proteinspiegel.
• Mehrere Experimente, darunter siRNA, schaltbare Transkription und Zinkfingerproteine, bestätigen: Weniger HTT-Transkription bedeutet weniger CAG-Wachstum.
• Therapien, die auf Transkription abzielen, wirken vielversprechend, aber es ist weiterhin unklar, ob das Verlangsamen der somatischen Instabilität den Beginn von HD beim Menschen verändern wird.

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