Eine neue Studie hat gezeigt, dass eine Gentherapie in der Lage sein könnte, viele schädliche Wirkungen des Pitt-Hopkins-Syndroms zu verhindern oder rückgängig zu machen
Neue Forschungsergebnisse aus dem Labor des UNC Neuroscience Center von Ben Philpot, Ph.D., zeigen, dass die Wiederherstellung verlorener Genaktivität viele Krankheitszeichen in einem Tiermodell des Pitt-Hopkins-Syndroms verhindert, einer seltenen neurologischen Entwicklungsstörung mit nur einem Gen.
Das Pitt-Hopkins-Syndrom ist eine seltene genetische Erkrankung, die durch eine Mutation im TCF4-Gen auf Chromosom 18 verursacht wird. Das Pitt-Hopkins-Syndrom ist gekennzeichnet durch Entwicklungsverzögerung, potenzielle Atembeschwerden wie episodische Hyperventilation und/oder Atemanhalten im Wachzustand, wiederkehrende Anfälle/ Epilepsie, Magen-Darm-Beschwerden, Sprachstörungen und markante Gesichtszüge. Kinder, bei denen das Pitt-Hopkins-Syndrom diagnostiziert wurde, haben oft eine fröhliche und lebhafte Einstellung mit häufigem Lächeln und Lachen.
Die Prävalenz des Pitt-Hopkins-Syndroms in der Allgemeinbevölkerung ist unklar. Einige Schätzungen gehen jedoch davon aus, dass die Häufigkeit des Pitt-Hopkins-Syndroms zwischen 1 zu 34.000 und 1 zu 41.000 liegt. Die Störung betrifft sowohl Männer als auch Frauen und ist nicht auf eine einzelne ethnische Gruppe beschränkt.
Das Pitt-Hopkins-Syndrom wird als Autismus-Spektrum-Störung klassifiziert, und bei einigen Menschen, die es haben, wurden Autismus, „atypische“ autistische Merkmale und/oder sensorische Integrationsstörung diagnostiziert. Viele Forscher glauben, dass die Behandlung des Pitt-Hopkins-Syndroms aufgrund seiner genetischen Verbindung zu Autismus und anderen Erkrankungen zu Behandlungen für ähnliche Erkrankungen führen wird.
Forscher der University of North Carolina School of Medicine haben erstmals gezeigt, dass eine postnatale Gentherapie in der Lage sein könnte, viele der negativen Auswirkungen des Pitt-Hopkins-Syndroms, einer seltenen genetischen Störung, zu verhindern oder umzukehren. Schwere Entwicklungsverzögerung, geistige Behinderung, Atem- und Bewegungsanomalien, Angstzustände, Epilepsie und moderate, aber charakteristische Gesichtsanomalien sind alles Symptome dieser Autismus-Spektrum-Störung.
Die Wissenschaftler, die ihre Ergebnisse in der Zeitschrift veröffentlichten eLife, entwickelte eine experimentelle, gentherapieähnliche Technik, um die normale Funktion des Genmangels bei Menschen mit Pitt-Hopkins-Syndrom wiederherzustellen. Das Medikament verhinderte das Auftreten von Krankheitsindikatoren wie angstähnlichem Verhalten, Gedächtnisstörungen und abnormalen Genexpressionsmustern in betroffenen Gehirnzellen bei neugeborenen Mäusen, die ansonsten das Syndrom modellieren würden.
„Diese erste Demonstration des Proof-of-Principle legt nahe, dass die Wiederherstellung normaler Werte des Pitt-Hopkins-Syndrom-Gens eine praktikable Therapie für das Pitt-Hopkins-Syndrom ist, für das es ansonsten keine spezifische Behandlung gibt“, sagte der leitende Autor Ben Philpot, Ph.D. , Kenan Distinguished Professor of Cell Biology and Physiology an der UNC School of Medicine und stellvertretender Direktor des UNC Neuroscience Center.
Gehirnschnittbild: Protein Cre (grün), das als Gentherapie über AAV an Zellen abgegeben wird. Bildnachweis: Philpot Lab (UNC School of Medicine)
Die meisten Gene werden paarweise vererbt, eine Kopie von der Mutter und eine vom Vater. Das Pitt-Hopkins-Syndrom entsteht bei einem Kind, wenn eine Kopie des TCF4-Gens fehlt oder mutiert ist, was zu einem unzureichenden TCF4-Proteinspiegel führt. Typischerweise tritt diese Deletion oder Mutation spontan in der elterlichen Ei- oder Samenzelle vor der Empfängnis oder in den frühesten Stadien des embryonalen Lebens nach der Empfängnis auf.
Seit seiner ersten Beschreibung durch australische Forscher im Jahr 1978 wurden weltweit nur etwa 500 Fälle des Syndroms gemeldet. Aber niemand kennt die wahre Prävalenz des Syndroms; Einige Schätzungen gehen davon aus, dass es allein in den Vereinigten Staaten mehr als 10.000 Fälle geben könnte.
Da TCF4 ein „Transkriptionsfaktor“-Gen ist, ein Hauptschalter, der die Aktivitäten von mindestens hundert anderen Genen steuert, führt seine Störung von Beginn der Entwicklung an zu zahlreichen Entwicklungsanomalien. Im Prinzip ist es die beste Behandlungsstrategie, diesen Anomalien vorzubeugen, indem man die normale TCF4-Expression so früh wie möglich wiederherstellt – aber sie wurde noch nicht getestet.
Philpots Team unter der Leitung des Erstautors Hyojin (Sally) Kim, Ph.D., ein Doktorand im Philpot-Labor während der Studie, entwickelte ein Mausmodell des Pitt-Hopkins-Syndroms, in dem das Niveau der Mausversion von TCF4 sein könnte zuverlässig halbiert. Dieses Mausmodell zeigte viele typische Anzeichen der Störung. Die Wiederherstellung der vollen Aktivität des Gens vom Beginn des embryonalen Lebens an verhinderte diese Anzeichen vollständig. Die Forscher fanden in diesen ersten Experimenten auch Hinweise darauf, dass die Genaktivität in praktisch allen Arten von Neuronen wiederhergestellt werden musste, um das Auftreten von Pitt-Hopkins-Zeichen zu verhindern.
Als nächstes richteten die Forscher ein Proof-of-Concept-Experiment ein, das eine reale Gentherapiestrategie modelliert. Bei manipulierten Mäusen, bei denen etwa die Hälfte der Expression der Mausversion von Tcf4 ausgeschaltet war, verwendeten die Forscher ein vom Virus übertragenes Enzym, um die fehlende Expression in Neuronen direkt nach der Geburt der Mäuse wieder einzuschalten. Analysen des Gehirns zeigten diese Wiederherstellung der Aktivität in den nächsten Wochen.
Obwohl die behandelten Mäuse im Vergleich zu normalen Mäusen mäßig kleinere Gehirne und Körper hatten, entwickelten sie nicht viele der abnormalen Verhaltensweisen, die bei unbehandelten Pitt-Hopkins-Modellmäusen beobachtet wurden. Die Ausnahme war das angeborene Nestbauverhalten, bei dem die behandelten Mäuse zunächst abnormal wirkten, obwohl sich ihre Fähigkeiten innerhalb weniger Wochen wieder normalisierten.
Die Behandlung kehrte zwei weitere Anomalien, die bei unbehandelten Mäusen beobachtet wurden, zumindest teilweise um: veränderte Werte der durch TCF4 regulierten Gene und veränderte Muster der neuronalen Aktivität, gemessen in elektroenzephalographischen (EEG) Aufzeichnungen.
„Diese Ergebnisse geben Anlass zur Hoffnung, dass eine zukünftige Gentherapie Personen mit Pitt-Hopkins-Syndrom erhebliche Vorteile bringen wird, selbst wenn sie postnatal entbunden werden; es erfordert keine Diagnose und Behandlung im Mutterleib“, sagte Kim.
Philpot und sein Labor planen nun, die Wirksamkeit ihrer Strategie zu untersuchen, wenn sie in späteren Lebensphasen auf Pitt-Hopkins-Mäuse angewendet wird. Sie planen auch die Entwicklung einer experimentellen Gentherapie, bei der das menschliche TCF4-Gen selbst von einem Virus in ein Pitt-Hopkins-Mausmodell eingebracht wird – eine Therapie, die letztendlich an Kindern mit Pitt-Hopkins-Syndrom getestet werden könnte.
„Wir werden an einer Gentherapie arbeiten, aber unsere Ergebnisse hier deuten darauf hin, dass es andere TCF4-wiederherstellende Ansätze gibt, die funktionieren könnten, einschließlich Behandlungen, die die Aktivität der verbleibenden, guten TCF4-Kopie steigern“, sagte Philpot.
Die Forschung wurde vom Ann D. Bornstein Grant der Pitt-Hopkins Research Foundation, dem National Institute of Neurological Disorders and Stroke (R01NS114086), dem Estonian Research Council und dem Orphan Disease Center an der Perelman School of Medicine an der Universität unterstützt aus Pennsylvania (MDBR-21-105-Pitt Hopkins).
Referenz: „Rettung von Verhaltens- und elektrophysiologischen Phänotypen in einem Pitt-Hopkins-Syndrom-Mausmodell durch genetische Wiederherstellung der Tcf4-Expression“ von Hyojin Kim, Eric B. Gao, Adam Draper, Noah C. Berens, Hanna Vihma, Xinyuan Zhang, Alexandra Higashi-Howard, Kimberly D. Ritola, Jeremy M. Simon, Andrew J. Kennedy und Benjamin D. Philpot, 10. Mai 2022, eLife.
DOI: 10.7554/eLife.72290