Fragile X syndrome (FXS) является наиболее частой формой умственной отсталости и спектра нарушений аутизма, затрагивающим ~1 на 5000 лиц мужского пола и 1 на 4000 до 1 на 8000 лиц женского пола [1]. Клинические проявления FXS довольно изменчивы; однако, большинство пациентов с этим синдромом обнаруживает нарушение гиперактивности с дефицитом внимания, повышенную чувствительность к судорогам, тревожность и задержку речи [2]. Большинство случаев FXS вызывается увеличением CGG тринуклеотидных повторов в промоторном регионе гена FMR1 по генетической классификации American College of Medical Genetics следующим образом: нормальный аллель имеет 6 - 44 CGG повторов, аллели серой зоны между 45 и 54 повторами, премутационные аллели между 55 и 200 повторами и аллели с полной мутацией содержат более 200 повторов [1, 3]. Полная мутация приводит к метилированию ДНК, это ассоциирует с модификацией гистоновых меток, ремоделированием хроматина и последующим замалчиванием транскрипции генов [4]. Гиперметилирование и эпигенетическое замалчивание вызывают потерю fragile X mental retardation protein (FMRP), который играет важную роль в регуляции многочисленных мРНК в компартментах постсинаптических нейронов, включая glutamatergic и GABAergic системы, среди прочих [5]. В зависимости от эффекта лечения на разных стадиях патогенеза, FXS можно лечить тремя подходами: целенаправленно, этиологически и симптоматически. Целенаправленное лечение затрагивает нейробиологические пути, в которых участвует FMRP [1, 6]. Этиологическое лечение включает восстановление экспрессии гена FMR1 путем восстановления эпигенетических меток посредством ингибиторов хроматин-модифицирующих энзимов [6] или специальных терапевтических РНК [7] или посредством прямого редактирования гена или замещения гена с использованием методов генной терапии [8, 9]. Симптоматическое лечение затрагивает поведенческие проявления FXS с помощью антипсихотических лекарств [10].

Первый подход, целенаправленное лечение, связан с методическими рекомендациями. Лечение FXS в целом рассматривается как часть терапии нарушений спектра аутизма из-за преобладания специфических симптомов. Сегодня в соответствии с последними указаниями British Association for Psychopharmacology от 2018, терапевтический набор аутизма включает следующие терапевтические агенты: glutamatergic агенты, GABAergic агенты, блокаторы dopamine рецепторов (antipsychotics), serotonergic агенты и др. лекарства [10]. Для терапии FXS используется группа antipsychotics и serotonergic агентов, которая будет рассмотрена при симптоматическом лечении. Однако, glutamatergic агенты и GABAergic агенты рассматриваются как компоненты подхода целенаправленного лечения, поскольку они влияют на FMRP-зависимые нейробиологические пути [1]. Эти терапевтические агенты были использованы на животных моделях для симуляции клинических испытаний в исследованиях избыточной передачи glutamatergic сигналов [11] и пониженной экспрессии некоторых компонентов GABAergic системы [12, 13]. В соответствии с приведенными выше указаниями такого типа клинические испытания оказались недостаточны для перенесения в клинику этих лекарств [10]. Однако, дополнительные исследования продолжаются и особенно с ингибиторами, такими как упомянутый выше metabotropic glutamate receptor-5 (mGluR5) агонист AFQ056/mavoglurant [14] и избирательный и мощный delta-subunit-содержащий extrasynaptic GABAA (dSEGA) receptor агонист OV101/gaboxadol [15], которые особенно важны. Кроме того, недавно целенаправленные терапевтические агенты, затрагивающие иные FMRP-зависимые пути, такие как metformin, модулятор передачи сигналов инсулина, и cannabidiol, регулятор endocannabinoid системы, были рассмотрены [1]. Несмотря на быстрое развитие целенаправленной терапии, симптоматическая терапия FXS остается важной. Антипсихотические средства, такие как risperidone и aripiprazole являются единственными разрешенными FDA лекарствами, которые используются в клинике [10].

Этиологический подход к лечению FXS, который базируется на возможности восстановления эпигенетических меток, может рассматриваться как наиболее эффективный, поскольку влияет на основную причину замалчивания транскрипции. Сегодня выделяются три этиологических лечения (Fig. 1). Первым из направлений является фармакологическая реактивация гена FMR1, которая может выполняться с помощью разных лекарств, таких как 5-azadeoxycytidine (5-azadC) (Fig. 1a, b). Эти агенты очень эффективно влияют на метилирование ДНК и модификации гистонов, но их возможное клиническое использование ограничено из-за их токсических эффектов [6]. Второе направление связано с лечением FXS с помощью некодирующих РНК; хотя лечение с помощью некодирующих РНК всё ещё находится на стадии разработки (Fig. 1c), оно обладает огромным потенциалом, особенно, если рассматривать участие небольших и длинных некодирующиъ РНК в метилировании ДНК и гетерохромтинизации [7]. Третьим направлением является генотерапия (Fig. 1d-f), которая делает возможным лечение FXS, базируясь на изменениях генома. Кстати, два исследования показали, что целенаправленное геномное редактирование CGG повторов приводит к полному деметилированию ДНК промотора FMR1 и к последующей реактивации гена [8, 9].



Fig. 1: Therapeutic agents used for FMR1 gene reactivation.

a Reactivation of FMR1 gene expression by inhibition of DNMT1 with 5-azadC. This approach is very effective in gene reactivation but induces high levels of cytotoxicity. b Reactivation of FMR1 gene expression by histone deacetylase inhibition. These approaches are ineffective in gene reactivation and induce high levels of cytotoxicity. c Possible approach via the application of noncoding RNAs. No experimental evidence on these methods has been provided to date. d FMR1 gene reactivation through the delivery of a functional ORF to cells. Effective brain lobe-specific therapy in mice. e FMR1 gene reactivation through CGG repeat deletion via CRISPR-Cas9 editing has been tested in cell lines, and experimental evidence strongly suggests that this method is highly effective. f FMR1 gene reactivation through cytosine demethylation via dCas9-Tet1 is a highly effective method with few off-target effects.