Εντυπωσιακά αποτελέσματα από πρωτοποριακή θεραπεία για τον καρκίνο – Επεξεργασμένο γονίδιο καταστρέφει όγκους

Το 2020, η Jennifer Doudna τιμήθηκε με το Νόμπελ Χημείας για τη συμβολή της στην τεχνολογία γονιδιακής επεξεργασίας CRISPR-Cas9, ένα εργαλείο που επιτρέπει στους επιστήμονες να τροποποιούν με ακρίβεια το DNA, κόβοντάς το σε συγκεκριμένα σημεία.

Έξι χρόνια αργότερα, μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, από ομάδα με επικεφαλής την Doudna, φέρνει στο προσκήνιο μια ισχυρή και πρωτοποριακή προσέγγιση για την επιλεκτική εξόντωση καρκινικών κυττάρων, χρησιμοποιώντας ένα ένζυμο CRISPR που ονομάζεται Cas12a2.

Η ιδέα πίσω από τη νέα μέθοδο είναι εντυπωσιακή: όταν το ένζυμο εντοπίζει γενετικές «υπογραφές» που είναι χαρακτηριστικές του καρκίνου, αρχίζει να καταστρέφει τη χρωματίνη μέσα στο στοχευμένο κύτταρο.

Η χρωματίνη είναι το σύμπλεγμα DNA και πρωτεϊνών που σχηματίζει τα χρωμοσώματα. Με απλά λόγια, το εργαλείο ενεργοποιείται μόνο όταν αναγνωρίσει το κατάλληλο καρκινικό σήμα και στη συνέχεια προκαλεί τέτοια βλάβη στο γενετικό υλικό του κυττάρου, ώστε αυτό να πεθαίνει.

Όπως εξηγούν ειδικοί στο MedicalXpress, πολλοί καρκίνοι προκαλούνται ή τροφοδοτούνται από μεταλλάξεις σε πρωτεΐνες που φυσιολογικά λειτουργούν ως «φρένα» στην ανάπτυξη όγκων. Ένα από τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι η TP53, η οποία είναι μεταλλαγμένη σχεδόν στις μισές περιπτώσεις καρκίνου.

Παρότι τέτοιες μεταλλάξεις παίζουν καθοριστικό ρόλο στην εξέλιξη της νόσου, παραμένουν εξαιρετικά δύσκολες στη θεραπευτική στόχευση, επειδή δεν διαθέτουν τις κατάλληλες «θήκες» πρόσδεσης πάνω στις οποίες θα μπορούσαν να προσκολληθούν τα παραδοσιακά φάρμακα.

Για τον λόγο αυτό, πολλές καρκινογόνες μεταλλάξεις θεωρούνταν επί μακρόν μη αντιμετωπίσιμες με συμβατικά φάρμακα. Η νέα προσέγγιση αλλάζει αυτή την προοπτική, καθώς δεν βασίζεται στην πρόσδεση πάνω στις μεταλλαγμένες πρωτεΐνες. Αντίθετα, μόλις ανιχνεύσει τις καρκινικές γενετικές υπογραφές, ενεργοποιεί έναν μηχανισμό καταστροφής του DNA μέσα στο ίδιο το κύτταρο.

Στόχος οι «άπιαστες» καρκινικές μεταλλάξεις

Το CRISPR-Cas12a2 λειτουργεί σαν μοριακό ψαλίδι που μπορεί να κόβει τόσο RNA όσο και DNA όταν εντοπίσει έναν συγκεκριμένο στόχο RNA. Στη φύση, υπάρχει στα βακτήρια ως αμυντικός μηχανισμός απέναντι στις ιογενείς λοιμώξεις. Το εργαλείο αυτό αναγνωρίζει το ιικό RNA και στη συνέχεια καταστρέφει το ίδιο το γενετικό υλικό του κυττάρου, σκοτώνοντάς το προτού ο ιός προλάβει να εξαπλωθεί περαιτέρω.

Οι επιστήμονες αναρωτήθηκαν αν αυτή η καταστροφική ικανότητα θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για έναν ωφέλιμο σκοπό: να σκοτώνει μόνο τα κύτταρα που οι ίδιοι θέλουν να εξουδετερώσουν.

Τα καρκινικά κύτταρα διαθέτουν ξεχωριστές πρωτεϊνικές υπογραφές που δεν υπάρχουν στα φυσιολογικά κύτταρα, γεγονός που τα καθιστά αναγνωρίσιμα και, θεωρητικά, στοχεύσιμα. Η TP53, γνωστή και ως μεταγραφικός παράγοντας p53, είναι ένα από τα γονίδια που μεταλλάσσονται συχνότερα στον καρκίνο. Σε ορισμένους όγκους, όπως του παγκρέατος και των ωοθηκών, οι μεταλλάξεις της εμφανίζονται σε ποσοστά που μπορεί να φτάνουν έως και το 90%.

Η σημασία της TP53 είναι ακόμη μεγαλύτερη επειδή η μετάλλαξη συχνά εμφανίζεται νωρίς και παραμένει σε όλη τη διάρκεια ζωής του όγκου. Αυτό την καθιστά ιδιαίτερα ελκυστικό στόχο, ωστόσο, η ίδια η πρωτεΐνη είναι δύσκολο – μέχρι σήμερα – να στοχευθεί με φάρμακα.

Εντυπωσιακά τα αποτελέσματα των πειραμάτων

Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές μετέτρεψαν ένα βακτηριακό αμυντικό σύστημα σε εργαλείο ακριβείας για την εξόντωση καρκινικών κυττάρων. Επέλεξαν το ένζυμο Cas12a2 και το προγραμμάτισαν με οδηγούς RNA, ώστε να αναγνωρίζει ειδικές καρκινικές υπογραφές. Ανάμεσα σε αυτές περιλαμβάνονται κοινές μεταλλάξεις στα γονίδια p53 και EGFR, καθώς και ασυνήθιστα υψηλά επίπεδα γονιδίων που προωθούν την ανάπτυξη του καρκίνου, όπως το MYC.

Οι επιστήμονες παρακολούθησαν το ένζυμο σε δράση και επιβεβαίωσαν ότι ενεργοποιούνταν μόνο όταν εντόπιζε ακριβώς το RNA-στόχο του. Τότε πυροδοτούσε την καταστροφή του DNA.

Στο επόμενο στάδιο, οι ερευνητές πέρασαν σε ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα που είχαν αναπτυχθεί στο εργαστήριο. Χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται νουκλεομεταφορά, προκειμένου να μεταφέρουν το Cas12a2 απευθείας μέσα στα κύτταρα, και παράλληλα αξιοποίησαν απεικόνιση ζωντανών κυττάρων για να παρακολουθήσουν σε πραγματικό χρόνο τις επιδράσεις του.

Τα αποτελέσματα ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά. Τα καρκινικά κύτταρα σταμάτησαν να αναπτύσσονται και τελικά πέθαναν, καθώς οι πυρήνες τους είτε κατακερματίστηκαν είτε διογκώθηκαν – ένδειξη σοβαρής βλάβης στο DNA. Αντίθετα, τα υγιή κύτταρα παρέμειναν αλώβητα.

Από το εργαστήριο στα πειραματόζωα

Η ομάδα στη συνέχεια κωδικοποίησε τις οδηγίες για το Cas12a2 σε mRNA και τις συσκεύασε μέσα σε μικροσκοπικές λιπώδεις φυσαλίδες, γνωστές ως λιπιδικά νανοσωματίδια. Αυτά εγχύθηκαν σε ποντίκια με καρκίνο του πνεύμονα και του ήπατος.

Η θεραπεία μείωσε το μέγεθος των όγκων στο ήπαρ, επιβράδυνε την εξέλιξη του καρκίνου του πνεύμονα και καθυστέρησε ακόμη και την εξάπλωση του καρκίνου σε άλλα σημεία του σώματος.

Νέοι δρόμοι για επαναστατικές αντικαρκινικές θεραπείες

Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι, παρά το πόσο συχνές είναι οι μεταλλάξεις της TP53 στον καρκίνο, δεν υπάρχει σήμερα καμία εγκεκριμένη θεραπεία που να τις στοχεύει άμεσα. Η εργασία τους αποτελεί το πρώτο βήμα για την κάλυψη αυτού του κενού, καθώς στοχεύει συγκεκριμένες μεταλλάξεις της TP53 και ανοίγει τον δρόμο για μια νέα κατηγορία θεραπειών ακριβείας, βασισμένων σε CRISPR νουκλεάσες που καθοδηγούνται από RNA.

Παρότι τα ευρήματα προέρχονται από εργαστηριακά μοντέλα και πειράματα σε ζώα, η νέα προσέγγιση δείχνει πώς ένα εργαλείο που στη φύση χρησιμοποιείται από βακτήρια για άμυνα απέναντι σε ιούς μπορεί να μετατραπεί σε έναν πιθανό μηχανισμό στοχευμένης καταστροφής καρκινικών κυττάρων. Αν η τεχνολογία αυτή επιβεβαιωθεί σε επόμενα στάδια έρευνας, θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους για την αντιμετώπιση μεταλλάξεων που μέχρι σήμερα θεωρούνταν σχεδόν αδύνατο να χτυπηθούν θεραπευτικά.