Дослідники знаходять причину рідкісної, смертельної хвороби, яка перетворює губи та немовлята
Вчені використовували метод редагування генів під назвою CRISPR/Cas9 для створення мишей, які достовірно імітують серйозне захворювання дихальних шляхів у новонароджених, яке посинює їх губи та шкіру. Нова лабораторна модель дозволить дослідникам точно визначити причину захворювання та розробити можливе та вкрай необхідне лікування на основі наночастинок.
За словами дослідників Медичного центру дитячої лікарні Цинциннаті, які, в основному, не піддаються лікуванню, альвеолярну капілярну дисплазію зі зміщенням легеневих вен (ACDMPV), вони зачіпають немовлят протягом місяця після народження. Хвороба голодує легеневу систему киснем після того, як легені неправильно кровоносні судини під час розвитку органів. Відсутність крихітних судин, які називаються альвеолярними капілярами, спричиняє гіпоксію, запалення та смерть.
"Інших ефективних методів лікування, крім трансплантації легенів, немає, тому потреба в нових терапевтичних засобах є нагальною", - сказав Влад Калініченко, доктор медичних наук, Центр дитячої перинатальної інституції регенеративної медицини Цинциннаті та провідний дослідник дослідження. "Ми визначили терапевтичну стратегію наночастинок для збільшення кількості альвеолярних капілярів та підтримання дихальної функції принаймні для підгрупи дітей із цим вродженим легеневим захворюванням".
Хвороба давно пов’язана з мутаціями гена FOXF1, ключового регулятора ембріонального розвитку легенів. Залишається загадкою до цього дослідження - точні мікробіологічні процеси, що підживлюють ACDMPV, зазначають дослідники.
Виявлення з'єднання STAT3
Спільно з командою доктора медицини Павела Станкевича з Медичного коледжу Бейлора в Х'юстоні лабораторія Калініченко проаналізувала генетичну інформацію з випадків ACDMPV людини, щоб сформувати першу клінічно значущу тварину модель ACDMPV. Вона використовувала CRISPR/Cas9 нові людські мутації FOXF1 у мишей. CRISPR-Cas9 забезпечує точне редагування генів за допомогою ферменту для вирізання певних ділянок послідовності ДНК і прикріплення вільних кінців до потрібної точки клітини для зміни генетичного складу.
Використовуючи клінічно точні мишачі моделі захворювання, ACDMPV дозволив вченим подолати давню перешкоду зрозуміти, як розвивається хвороба, пишуть автори.
Робота також спиралася на великий аналіз біоінформатики клінічних та лабораторних даних, отриманих в результаті біологічних тестів. Це включає техніку, що називається ChIP-Seq (яка аналізує взаємодію білок-ДНК), та секвенування цілого екзома (яка показує розташування всіх кодуючих білок областей генів).
Вивчаючи взаємодії білок-ДНК, пов'язані з геном FOXF1 у легеневих клітинах, автори дослідження виявили, що специфічна точкова мутація з FOXF1 у місці зв'язування ДНК S52F білка атома FOXF1. Мутація блокує молекулярний сигнал на декількох генах-мішенях, що беруть участь у формуванні легеневих кровоносних судин.
Вони також виявили, що мутований білок S52F FOXF1 не взаємодіє з білком, який називається STAT3. Цей зв’язок має вирішальне значення для сприяння розвитку кровоносних судин у легенях новонароджених. Це призвело до відсутності STAT3 у розвитку легенів та неправильного формування легеневої системи кровообігу.
Дослідники також виявили дефіцит STAT3 у донорських зразках пацієнтів з ACDMPV, які вже мали специфічні точкові мутації гена FOXF1. Автори висунули теорію, що лікування новонароджених мишей STAT3 сприятиме розвитку кровоносних судин у легенях. Треба було з’ясувати, як потрапити білок у легені.
Розчин наночастинок STAT3
Дослідники звернулися до технології наночастинок, щоб доставити міні-ген STAT3 в легені новонароджених мишей. Вони створили нову формулу для так званих наночастинок поліетиленіміну (PEI).
Желатиноподібні наночастинки PEI можуть нести терапевтичний генетичний матеріал на різні частини тіла, вводячи їх пацієнтам внутрішньовенно. В даний час різні рецептури наночастинок PEI випробовуються в клінічних випробуваннях на рак дорослих на інших органах, за словами авторів дослідження.
Терапевтичне введення ДНК STAT3 новонародженим мишам, які з мутацією S52F FOXF1 відновлюють здатність ендотеліальних клітин формувати легеневі кровоносні судини. Це стимулює ріст кровоносних судин у тварин і утворення повітряних мішків, які називаються альвеолярним відростком.
"Якщо ефективність наночастинок PEI буде підтверджена в клінічних випробуваннях на рак дорослих, PEI може бути розглянуто для генної терапії STAT3 у немовлят з ACDMPV", - сказав Калініченко. "Враховуючи, що ACDMPV є рідкісним захворюванням, для оцінки ефективності генної терапії STAT3 у новонароджених та немовлят ACDMPV буде потрібно багатоцентрове клінічне дослідження".
Перший автор дослідження, доктор філософії Арун Прадган, працює в лабораторії Калініченка.
Фінансова підтримка дослідження здійснювалася Національними інститутами охорони здоров’я (HL84151, HL141174, HL123490, HL137203, HL132849) та грантами Національної організації з рідкісних розладів.