Генная терапия восстанавливает сумеречное зрение у собак с врожденной ночной слепотой

Люди с врожденной стационарной ночной слепотой (CSNB) не могут различать объекты в условиях слабого освещения. Это создает проблемы, особенно там, где нет искусственного света, или при вождении ночью.

В 2015 году исследователи из Школы ветеринарной медицины Пенсильванского университета обнаружили, что у собак может развиваться наследственная форма ночной слепоты, очень похожая на человеческую. В 2019 году команда идентифицировала ответственный ген.

Теперь в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences они сообщают о крупном прогрессе: генной терапии, возвращающей ночное зрение собакам, рожденным с CSNB. Успех этого подхода, нацеленного на группу клеток глубоко в сетчатке — ON биполярные клетки, — знаменует важный шаг к разработке лечения как для собак, так и для людей с этим заболеванием, а также с другими проблемами зрения, связанными с функцией ON биполярных клеток.

Собаки с CSNB, получившие однократную инъекцию генной терапии, начали экспрессировать здоровый белок LRIT3 в сетчатке и смогли успешно ориентироваться в лабиринте при тусклом свете. Лечение также оказалось долговременным: терапевтический эффект сохранялся год и более.

"Результаты этого пилотного исследования очень обнадеживают", — говорит ведущий автор исследования Кейко Миядера, доцент Penn Vet. "У людей и собак с врожденной стационарной ночной слепотой тяжесть заболевания постоянна и не меняется на протяжении всей жизни. И мы смогли лечить этих собак во взрослом возрасте, в возрасте от 1 до 3 лет. Это делает результаты многообещающими и актуальными для пациентов-людей, поскольку теоретически мы могли бы вмешаться даже во взрослом возрасте и увидеть улучшение ночного зрения".

В более ранней работе команда Penn Vet в сотрудничестве с группами из Японии, Германии и США обнаружила популяцию собак с CSNB и установила, что мутации в гене LRIT3 ответственны за нарушение ночного зрения. Этот же ген вовлечен и в некоторые случаи человеческой CSNB.

Эта мутация влияет на функцию ON биполярных клеток, но, в отличие от некоторых заболеваний, ведущих к слепоте, общая структура сетчатки в целом остается неповрежденной. Это дало исследователям надежду, что доставка нормальной копии гена LRIT3 может восстановить ночное зрение у пораженных собак.

Однако, хотя исследователи из Отдела экспериментальной терапии сетчатки Penn Vet разработали эффективные генные терапии для ряда других заболеваний, ведущих к слепоте, ни одна из них не была нацелена на ON биполярные клетки, расположенные глубоко в среднем слое сетчатки.

"Мы ступили в нейтральную зону сетчатки с этой генной терапией", — говорит соавтор Уильям А. Бельтран, профессор Penn Vet. "Это открывает дверь для лечения других заболеваний, затрагивающих ON биполярные клетки".

Исследователи преодолели барьер нацеливания на эти относительно труднодоступные клетки благодаря двум ключевым открытиям. Во-первых, в ходе строгого процесса скрининга в сотрудничестве с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли (под руководством Джона Фланнери) и из Университета Питтсбурга (под руководством Лии Бирн) они определили вектор для здорового гена LRIT3, который позволил терапии достичь целевых клеток. Во-вторых, они соединили здоровый ген с промотором — генетической последовательностью, которая помогает инициировать "считывание" терапевтического гена, — действующим специфично для данного типа клеток.

"Предыдущие терапии, над которыми мы работали, были нацелены на фоторецепторы или клетки пигментного эпителия сетчатки", — говорит соавтор Густаво Д. Агирре, профессор Penn Vet. "Но промотор, который мы используем здесь, очень специфичен для ON биполярных клеток, что помогает избежать потенциальных побочных эффектов и токсичности".

Исследователи полагают, что восстановление функционального гена LRIT3 позволяет сигналам пересекаться от клеток-фоторецепторов к ON биполярным клеткам. "LRIT3 экспрессируется на 'кончиках пальцев' этих клеток", — говорит Бельтран. "Введение этого трансгена, по сути, позволяет двум клеткам снова пожать руки и общаться".

Открытым остается вопрос, может ли одновременное нацеливание и на фоторецепторы, и на ON биполярные клетки привести к еще большему улучшению ночного зрения. Другие исследовательские группы, изучающие эти состояния на мышах, нацеливали терапию на клетки-фоторецепторы и обнаружили частичное восстановление зрения, что указывает на возможный путь усиления эффектов генной терапии.

И хотя терапия позволила добиться функционального восстановления (собаки могли ориентироваться в лабиринте, когда их пролеченный глаз был открыт, но не когда он был закрыт), здоровая копия гена экспрессировалась только в 30% ON биполярных клеток. В последующей работе исследователи надеются увеличить этот показатель.

"В этом исследовании мы добились большого успеха, но мы видели, что некоторые собаки восстанавливались лучше, чем другие", — говорит Миядера. "Мы хотели бы продолжить работу, чтобы максимизировать терапевтическую пользу, сохраняя безопасность. И мы увидели, что это лечение долговечно, но является ли оно пожизненным после одной инъекции? Это то, что мы хотели бы выяснить".

Команда также планирует модифицировать терапию для использования человеческой версии гена LRIT3 — необходимый шаг для перевода лечения на людей с CSNB с последующими клиническими испытаниями.