Hutchinson-Gilford Progeria, 새로운 표적 노화 방지 요법의 길을 열다

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Hutchinson-Gilford Progeria는 progerin이라고 하는 영구적으로 파르네실화된 돌연변이 라민 A에 의해 유발되는 가속 노화 증후군입니다. 최근 FDA는 파르네실트랜스퍼라제 억제제인 로나파르닙(Lonafarnib)을 조로증 치료제로 승인했으며, 코블란(Koblan)과 동료들은 새로운 유전자 편집 방법을 사용하여 LMNA 돌연변이를 교정함으로써 이 질병의 근본 원인을 표적으로 삼았다.

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Hutchinson-Gilford Progeria(HGPS)는 탈모를 특징으로 하는 가속 노화 증후군입니다.바이오플라보노이드피부 위축, 비정상적인 색소 침착, 지방이영양증 및 심부전으로 인한 평균 연령 14.3세의 사망. 조로증은 LMNA 유전자의 돌연변이로 인해 발생합니다. 라민 A는 핵막에 묶는 파네실트랜스퍼라제에 의해 C-말단 CaaXmotif에 파르네실 이소프레노이드 지질 부분을 추가하는 것을 포함하여 여러 번역 후 변형을 겪습니다. 이 단계는 메탈로프로테아제 ZMPSTE24에 의한 말단 3 아미노산의 절단 및 이소프레닐시스테인 카르복시메틸트랜스-페라아제에 의한 C 말단의 카르복시메틸화가 뒤따릅니다. 마지막으로, 파르네실 꼬리를 포함한 15개의 C-말단 아미노산은 ZMPSTE24에 의해 절단되어 성숙한 라민 A를 라미나로 방출합니다.

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HGPS is caused by a de novo heterozygous point mutation in LMNA (c.1824 C>티; p.G608G) 이에 의해 잠복 스플라이스 부위를 활성화하고 ZMPSTE24 절단 부위를 포함하는 50개 아미노산을 결실시킨다.'' 따라서, 환자는 프로게린이라고 하는 절단되고 영구적으로 파르네실화된 돌연변이 라민 A를 축적한다.시탕슈를 사다Progerin은 핵막에 고정된 상태로 유지되고 핵 비계를 지배적인 방식으로 파괴하여 핵 이상, 이질염색질 손실, 텔로머 DNA 손상 및 노화를 초래합니다.3

집중적인 조사는 조로증을 치료하기 위한 몇 가지 유망한 치료 전략으로 이어졌습니다. 여기에는 CRISPR 기반 유전자 편집에 의한 LMNA 돌연변이 복구, pre-mRNA의 비정상적인 스플라이싱을 방지하기 위한 올리고뉴클레오티드 기반 접근, 프로게린 제거를 증가시키는 약물, 프로게린 발현의 다운스트림 결과(예: 텔로머 DNA 손상 및 노화).

Here, we discuss two recent breakthroughs that offer exciting opportunities for the treatment of progeria. In November 2020, the Food and Drug Administration (FDA) approved Lona-farnib (Zokinvy), a farnesyltransferase inhibitor(FTI), for the treatment of progeria, while David Liu's group used adenine base editors (ABE) to correct the progeric C>T 돌연변이.5

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progerin의 영구적인 파르네실화 및 막 테더링은 FTI를 조로증에 대한 잠재적 중재로 테스트하는 근거를 제공했습니다. 작은 GTPase 및 tyrosine phosphatase를 포함한 많은 단백질이 파르네실화되고 단백질 프레닐화가 Ras의 변환 활성에 필요합니다. 결과적으로 FTI는 악성 종양을 치료하기 위한 임상 시험에 진출했으며 조로증에서 치료 가능성을 탐색하는 것이 합리적이라고 여겨졌습니다.

FTI 치료는 프로제로이드 마우스에서 HGPS 핵의 모양을 개선하고 표현형을 개선했습니다. 이러한 발견은 파르네실트랜스퍼라제를 억제하는 약물인 로나파르닙을 사용한 2건의 단일군 임상 시험의 토대를 마련했습니다. 2007년에는 34개국에서 2-17세 사이의 62명의 HGPS 환자가 등록되었습니다. FT1 치료는 체중 증가를 개선하고 골밀도는 혈관 경직을 감소시키고 생존 기간을 2.5년 늘렸습니다.78 이러한 결과를 바탕으로 FDA는 신청 우선 순위 검토 상태를 부여했으며 Lo-nafarnib는 획기적인 치료제 및 희귀의약품으로 지정되었습니다. 로나파르닙은 2020년 11월 FDA 승인을 받은 최초의 조로증 치료제다.

시험 결과가 고무적이지만, 로나파르닙 치료는 조로증의 치료제가 아닙니다. FTI는 여러 다른 단백질을 표적으로 하므로 장기적인 부작용이 나타날 수 있습니다. 또한, 마우스 실험은 FTI가 있는 상태에서 프로게린이 게라닐게라닐화를 겪을 수 있음을 시사했습니다. 따라서 졸레드론산(비스포스포네이트) 및 프라바스타틴과 같은 파르네실 피로포스페이트의 생합성 경로를 표적으로 하는 약물과 함께 게라닐게라닐 트랜스퍼라제 1 억제제를 조합하면 단백질 프레닐화를 추가로 감소시킬 수 있습니다.시스탕그럼에도 불구하고, 마우스 모델에서 비파네실화 가능한 프로게린의 발현이 여전히 - 비록 더 가볍지만 - 질병 표현형을 초래하기 때문에 개선이 제한될 수 있습니다." 단백질 프레닐화를 차단하는 것이 세포 생리에 어느 정도 영향을 미치는지, 문제의 근본 원인인 LMNA 돌연변이를 표적으로 하는 치료제를 개발하는 것이 중요합니다.

게놈 편집 입력

CRISPR-Cas9-mediated disruption of mutated LMNA previously resulted in improved phenotypes in HGPS fibroblasts and mouse models.4 However, these approaches have limited translational potential as they generated deletions and insertions. To circumvent this problem, laboratory-evolved ABEs were fused to a catalytically dead CRISPR-Cas nuclease and guided to the LMNA locus by a guide RNA. The ABE converted the mutated adenine (c.1824 C>T) to inosine, which pairs like guanine, restoring the complementary thymine back to cytosine (c.1824 T>C). 시스탄체 오스트레일리아HGPS 섬유아세포에서 돌연변이된 LMNA의 ABE 매개 교정은 고효율(~90%)로 발생했으며 프로게린 수치가 감소하고 핵 형태가 회복되었습니다.

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생체 내에서 ABC를 테스트하기 위해 아데노 관련 바이러스 9(AAV9) 캡시드를 사용하여 인간 LMNA G608G 돌연변이를 보유하는 마우스에 ABC를 전달했습니다. 주사는 출생 후 3일(P3) 및 P14에 수행되었으며 교정 빈도는 주사 후 6주 및 6개월에 평가되었습니다. 교정 빈도는 심장, 대동맥, 대동맥 및 뼈의 10% -30%에서 간에서의 60% 이상까지 다양했습니다. 편집은 폐, 피부, 내장 지방 및 백색 지방 조직, 신장 및 비장에서 덜 효율적이었습니다. 흥미롭게도 교정된 LMNA의 양은 시간이 지남에 따라 다양한 조직에서 증가했습니다. 이것은 AAV가 일부 조직에서 지속되고 편집 과정을 계속하거나 수정되지 않은 세포보다 성장 이점을 나타내는 편집된 세포에 기인할 수 있습니다. 이 개념과 일치하여 간({13}}%), 심장({14}}%), 대동맥({15}}%)에서 프로게린 수치가 크게 감소했습니다. HGPS 환자의 심혈관 합병증은 혈관 평활근 세포(VSMC)의 손실, 외실막 주위 비후 및 대동맥 경화를 특징으로 합니다.시스탄체 혜택중요하게도, 처리된 마우스의 대동맥은 VSMC가 11-배 증가하고 외막 비후가 회복되었으며 처리된 마우스는 수명이 2.{2}}배 증가했습니다.

그러나 일부 노령화 처리된 마우스에서 간 종양 형성과 관련된 AAV 삽입에서 유래했을 수 있는 간 종양이 발생했습니다. AAV 형질도입과 ABE 치료의 장기적인 결과를 결정하기 위해서는 추가 연구가 필요할 것입니다. 마지막으로 인간에게 ABC를 도입하면 모니터링해야 하고 면역억제에 의해 완화될 수 있는 면역 반응이 나타날 수 있습니다.

그럼에도 불구하고, 이러한 놀라운 결과는 ABE의 단일 주사가 조로증 환자의 초기 이환율을 결정하는 핵심 요소인 심장 건강을 개선하고 프로제로이드 마우스의 수명을 연장한다는 것을 보여줍니다. 안티센스 올리고뉴클레오티드 및 FTI 치료와 함께 ABE는 HGPS 치료를 위한 흥미롭고 새로운 길을 만들고 다른 유전적 상태에 대한 개념 증명을 제공합니다.