Choroby poliglutaminowe, takie jak choroba Huntingtona, prowadzą do obumierania komórek w mózgu. Magdalena Dąbrowska, stypendystka 21. edycji programu L’Oréal-UNESCO Dla Kobiet i Nauki, bada metody usuwania niepożądanych mutacji w genomie prowadzących do tych rzadkich, nieuleczalnych chorób.

Doktorantka w Zakładzie Inżynierii Genomowej w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu jest jednym z wielu naukowców, którzy zgłębiają mechanizmy powstawania chorób poliglutaminowych, zmierzając do opracowania metod ich leczenia.

Jak wyjaśnia, choroby te powstają w wyniku mutacji polegającej na zwiększeniu liczby powtórzeń trójki nukleotydów CAG, które kodują glutaminę. Wśród chorób określanych skrótem „poliQ” najczęstsza jest choroba Huntingtona i ataksje rdzeniowo-móżdżkowe. Pozostałe to zanik czerwienno-zębaty i rdzeniowo-opuszkowy zanik mięśni. Za wyjątkiem ostatniej, której dziedziczenie jest sprzężone z płcią, choroby te są dziedziczone w sposób autosomalny dominujący. Zdarzają się w ok. 1–10 przypadków na 100 tysięcy osób.

„Pomimo tego, że w skład chorób poliQ wchodzi dziewięć różnych chorób neurodegeneracyjnych, każda z nich ma swój własny gen sprawczy zlokalizowany na różnych chromosomach oraz inny próg liczby powtórzeń, które wywołują chorobę. W przypadku choroby Huntingtona ten próg to 36 do 39 powtórzeń. Przekroczenie tych długości powoduje powstanie zmutowanego białka z wydłużoną sekwencją ciągu CAG” – tłumaczy Magdalena Dąbrowska.

Objawy chorób poliQ związane są głównie z upośledzeniem funkcjonowania układu nerwowego na skutek akumulacji zmutowanego białka w komórkach neuronalnych. Można je tylko w umiarkowanym stopniu niwelować. Utrudnieniem w opracowaniu leczenia jest „trudna” sekwencja CAG oraz ich genetyczne podłoże. Pomimo możliwości nazwania i zlokalizowania genów odpowiedzialnych za choroby poliglutaminowe, mechanizmy ich powstawania nie są do końca znane.

Nowatorska metoda polskiej badaczki

Doktorantka wykorzystuje narzędzia do edycji genomu w eksperymentalnej terapii chorób poliglutaminowych. W badaniach stosuje „molekularne nożyczki”, czyli technologię CRISPR-Cas. Pozwalają one modulować długość sekwencji powtórzeń CAG w komórkach pozyskanych od pacjentów cierpiących na choroby poliQ.

Dzięki molekularnym nożyczkom można wykonać cięcie we wskazanym miejscu genomu. Ta metoda wykorzystywana jest przy tworzeniu nowych modeli komórkowych i zwierzęcych oraz przy terapii chorób genetycznych.

Magdalena Dąbrowska wykorzystuje tę technologię do indukowania pęknięć nici DNA w obszarze sekwencji powtórzeń CAG. Powoduje to jej wycięcie, skrócenie lub wydłużenie. Stypendystka L’Oréal-UNESCO jako pierwsza stworzyła potencjalne podejście terapeutyczne dla chorób poliQ. Polega ono na wykorzystaniu zmodyfikowanej wersji nukleazy Cas9 tzw. Nikaza Cas9, do wycięcia zmutowanej sekwencji CAG w komórkach pochodzących od pacjentów dotkniętych chorobą Huntingtona.

To podejście okazało się efektywne, a co najważniejsze nie powodowało efektów ubocznych. Wyniki uzyskane z tych badań zrodziły pytania o to, jakie mechanizmy biorą udział w naprawie pęknięć nici DNA w obszarze sekwencji powtórzeń CAG oraz jak efektywnie wykrywać mutacje w tym „trudnym” obszarze genomu. Odpowiedzią na ostanie było stworzenie przez stypendystkę nowej metody na polu inżynierii genetycznej o nazwie qEva-CRISPR.

Metoda qEva-CRISPR pozwala na wykrywanie mutacji spowodowanych przez system CRISPR-Cas9 w różnych obszarach genomu, również w sekwencjach powtarzających się.

„Jest prosta w obsłudze, posiada protokół dopasowany do każdego rodzaju komórek i co najważniejsze pozwala w tym samym czasie wykryć zmiany w sekwencji celowanej, jak również w sekwencjach poza planowanym miejscem cięcia. Ułatwia rutynową pracę z technologią CRISPR-Cas9 w laboratorium i pozwala dokładniej zbadać wciąż nie do końca poznane efekty edycji” – mówi mgr Magdalena Dąbrowska.

Czy powstanie nowa strategia terapeutyczna?

Obecnie naukowczyni prowadzi badania nad poznaniem mechanizmów naprawy DNA, które są odpowiedzialne za skracanie lub wydłużanie sekwencji powtarzającej się po indukcji pęknięć nici DNA w tym obszarze. Wiedza uzyskana podczas badań pozwoli na sterowanie tymi mechanizmami. To z kolei może doprowadzić do preferencyjnego skracania wydłużonej sekwencji CAG. Nowatorskie podejście może stać się podstawą do stworzenia nowej strategii terapeutycznej.

Za swoje osiągnięcia naukowe Magdalena Dąbrowska otrzymała w 2018 r. nagrodę przyznawaną przez Komitet Biotechnologii PAN im. Wacława Szybalskiego za najlepszą pracę eksperymentalną wykonaną w polskim laboratorium w oraz Nagrodę Poznańskiego Oddziału PAN za najlepszą oryginalną pracę twórczą z obszaru nauk biologicznych i rolniczych. W 2021 roku otrzymała stypendium 21. edycji programu L’Oréal-UNESCO Dla Kobiet i Nauki w kategorii doktoranckiej za projekt badawczy „Wykorzystanie narzędzi do edycji genomu w eksperymentalnej terapii chorób poliglutaminowych”. Osiągnięcia mgr Magdaleny Dąbrowskiej zostały docenione także przez magazyn Forbes Women. Została wyróżniona w publikowanej corocznie Liście 100 Kobiet Roku, uwzględniającej polityczne liderki, aktywistki, przedstawicielki biznesu i nauki, artystki i innowatorki.

Magdalena Dąbrowska jest absolwentką analityki medycznej (medycyny laboratoryjnej) na Uniwersytecie Medycznym w Białymstoku. W czasie studiów odbyła praktyki w Uniwersyteckim Szpitalu Klinicznym w Białymstoku, a po ich zakończeniu staż w laboratorium Genetyki Medycznej w Instytucie „Pomnik-Centrum Zdrowia Dziecka” w Warszawie. Następnie pracowała na stanowisku młodszego asystenta w Centralnym Laboratorium Klinicznym w Narodowym Instytucie Geriatrii, Reumatologii i Rehabilitacji im. prof. dr hab. med. Eleonory Reicher w Warszawie. W 2016 r. podjęła studia doktoranckie. Opublikowała 6 prac naukowych, z czego 4 to prace eksperymentalne, których jest wiodącą autorką. Jest laureatką grantów Preludium 20 i Etiuda 8 przyznawanych przez Narodowe Centrum Nauki. W ramach ostatniego grantu odbyła półroczny staż naukowy na Politechnice Federalnej w Zurychu.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl