להשתיק את הכולסטרול

הכולסטרול הוא מולקולה שמנונית הנמצאת בכל תאי גופנו, וממלאת תפקידים רבים, כגון ויסות הנוזליות של קרום התא, וחומר מוצא לייצור סטרואידים. מקור הכולסטרול הוא במזון מהחי ובייצור עצמי בכבד. אולם, רמות גבוהות של כולסטרול בדם הן אחד הגורמים לסתימת כלי דם, שעלולה להוביל להתקפי לב ולאירועים מוחיים. לכן רופאים ממליצים על הפחתת הצריכה של שומן מן החי, ובמקרה הצורך, על טיפול תרופתי בסטטינים, שמורידים את רמות הכולסטרול בדם. ואולם, יש חולים שאצלם עודף כולסטרול בדם לא מגיע  מתזונה, אלא ממחלה גנטית, היפרכולסטרולמיה משפחתית. במחקר שנועד לפתח טכנולוגיות ריפוי גנטי חדשות להיפרכולסטרולמיה, פיתחו מדענים מערכת השתקת גנים שהצליחה בטיפול חד-פעמי בעכברים להפחית את רמות הכולסטרול בדם לתקופה של שנה לפחות, ובלי תופעות לוואי.

החלבון PCSK9 מופרש מתאי הכבד ואחד מתפקידיו הוא לעודד את פירוק הקולטן של "הכולסטרול הרע" (LDL) בדם, במקום שהוא ימוחזר על ידי התאים. אצל חלק מחולי היפרכולסטרמיה משפחתית, יש מוטציה שגורמת לפעולה עודפת של PCSK9. עקב כך, פותחו תרופות שגורמות להפחתת רמת PCSK9 בדם, וכך לעליה בכמות הקולטן ל-LDL וירידה בכמות הכולסטרול הרע בדם. אולם מה אם במקום תרופות, נצליח להפחית את רמת החלבון PCSK9 באמצעות טיפול גני חד פעמי?

רמות גבוהות של LDL בדם עלולות לגרום להצטברות משקעי כולסטרול, הגורמים לסתימת כלי דם | איור: Adisak Riwkratok, Shutterstock 

שלוש טכנולוגיות

בקבוצת המחקר של אנג'לו לומברדו (Lombardo) מאוניברסיטת סן-רפאל במילאנו, איטליה, בחנו כמה טכנולוגיות להשתקת גנים, והציגו את הממצאים במאמר שפורסם בכתב העת Nature. רבים כבר מכירים את טכנולוגיית קריספר (CRISPR) לעריכה גנטית, שבה יש חלבון שחותך DNA, ומולקולת RNA  קטנה שעוזרת להביא את החלבון למקום המתאים ב-DNA. בטכנולוגיה זו אפשר לתקן מוטציות קיימות, או להכניס מוטציות חדשות. אכן, טכנולוגיה זו נוסתה בשנים האחרונות לניסוי הפחתת כולסטרול בעכברים. אולם למערכת קריספר לעריכת גנים יש כמה חסרונות – ובראשן הסכנה להיווצרות מוטציות גם במקומות אחרים ב-DNA, ולא רק במקום המיועד. על כן, לומברדו ושותפיו בחרו לנסות טכנולוגיה של השתקה גנית. בשיטה זו מביאים ל-DNA של הגן הרצוי (לדוגמה הגן לייצור PCSK9) חלבון שגורם לשינויים אפיגנטיים, כלומר שינויים כימיים על גבי מולקולת ה-DNA או על ההיסטונים – החלבונים שעוטפים את ה-DNA – אך לא משנה את המידע הקיים ב-DNA עצמו. שינויים כאלה יכולים להפעיל או להשתיק פעילות של גנים, לעיתים לאורך זמן רב ואפילו מדור לדור. 

החוקרים השוו שלוש טכנולוגיות שונות: האחת מתבססת על קריספר, אך בשימוש בחלבון קריספר ששונה כך שאינו חותך DNA. השניה נקראת TALE (קיצור של Transcription activator-like effectors), שמבוססת על חלבונים קושרי DNA מחיידקים, שמסוגלים לזהות מקטעי DNA מסוימים ולהיקשר אליהם. השלישית מבוססת על חלבוני אצבעות אבץ (Zinc finger proteins או ZPF), מבנים חלבוניים שמכילים אטומי אבץ ויכולים לזהות רצפים מסוימים ב-DNA ולהיקשר אליהם. טכנולוגיות השתקה גנטית בדרך כלל משתמשות באיחוי של חלבון יחיד שגורם לשינוי האפיגנטי בחלבון הנקשר ל-DNA (כלומר לחלבון הקריספר, ה-TALE או ה-ZFP). במעבדתו של לומברדו מצאו בעבר שהשינויים האלה אינם קבועים ואינם מחזיקים מעמד לאורך זמן. על כן, הם שילבו במערכת שלושה חלבונים שמשתתפים בהשתקה אפיגנטית.

החלבון מעודד את פירוק הקולטן של LDL, ולכן תרופות שמעכבות את פעילותו גורמות לעלייה במספר הקולטנים, ולהורדת רמות ה-LDL בדם. מבנה החלבון PCSK9 | איור: StudioMolekuul, Shutterstock

השפעה ממושכת

ראשית, החוקרים בדקו את שלוש הטכנולוגיות השונות בתרבית תאי כבד של עכברים. כל המערכות הפחיתו את רמת הביטוי של PCSK9, אולם ZFP פעלה בערך פי ששה טוב יותר מ-TALE, ופי שלושה טוב יותר מקריספר. בנוסף, לאחר 28 ימים, 96.6 אחוזים מהתאים שטופלו בZFP היו ללא PCSK9, לעומת כ-63 אחוזים שטופלו בקריספר ו-45 אחוזים עם TALE. לפיכך, החוקרים התמקדו בשימוש ב-ZFP. הם בדקו אם PCSK9 הוא הגן היחיד שמושפע, ומצאו שמונה גנים נוספים שהושפעו מהטיפול, אך ההשפעה הייתה פחותה פי 8 עד פי 20 מאשר על PCSK9. בהמשך החוקרים שיפרו את המערכת כך שרק גן אחד נוסף הושפע מפעילותה, וגם השפעה זו היתה קטנה. כלומר המערכת מאוד ספציפית ומדויקת בפעולתה על PCSK9.

לבסוף, החוקרים הזריקו את המערכת לעכברים, בצורת מולקולות RNA שליח עטוף במעטפת שומנית, בדומה לחיסוני הקורונה. אולם במקרה זה, ה-RNA לא הוזרק לשריר אלא לדם, במטרה שיגיע לכבד. החוקרים מצאו ירידה של כ-40 אחוזים ברמות החלבון PSCK9 ו-35 אחוזים ברמות הכולסטרול הרע בדם, 330 ימים לאחר ההזרקה. במערכת המשופרת, החוקרים ראו ירידה של 75 אחוזים ברמות PCSK9 וירידה של כ-30 אחוזים ברמת הכולסטרול הרע בדם בתוך 43 ימים, אך הם לא בדקו בזמנים מאוחרים יותר. בנוסף, אצל חלק מהעכברים החוקרים כרתו חלק מהכבד בניתוח. לכבד יש יכולת רגנרציה, כלומר תיקון עצמי, על ידי חלוקה מואצת של תאים. מטרת הניסוי היתה לראות אם ההשתקה נשמרת גם במהלך חלוקת התא, שבה לפעמים שינויים אפיגנטיים נמחקים, והתוצאות הראו שבמקרה הנוכחי ההשתקה נותרה על כנה גם ברקמת הכבד המתחדשת.

החוקרים מקווים כי המערכת הזו, שנוסתה בעכברים, תשמש בסיס לטיפול גני בבני אדם שאינו דורש שימוש במערכות שגורמות למוטציות, כמו קריספר. החוקרים ניסו במחקר הנוכחי גרסאות רבות של המערכת, כמו גם וריאציות של המערכת השומנית שבעזרתה מחדירים אותה לתאים. הם גילו שחלק מתופעות הלוואי תלויות בסוג המעטפת השומנית, והחוקרים מדגישים את הצורך לבחור את המעטפת המתאימה ביותר לבני אדם. המערכת שהם פיתחו נבדקה על הגן PCSK9, אך החוקרים מציינים שניתן בקלות יחסית להתאים אותה לכל גן שנרצה, כך ששהמחקר עשוי לפתוח פתח לטיפול חדשני במחלות גנטיות נוספות.