Dystrofia mięśniowa Duchenne’a występuje raz na ok. 6 tys. urodzeń i dotyka głównie chłopców. Molekularnymi mechanizmami kardiomiopatii u pacjentów z tą rzadką chorobą zajmuje się badaczka z Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Dystrofia mięśniowa Duchenne’a (DMD) jest rzadką chorobą genetyczną, dziedziczoną w sposób recesywny, sprzężony z chromosomem X. W większości przypadków przekazywana jest dziecku przez matkę, która jest nosicielką mutacji. Choroba charakteryzuje się brakiem dystrofiny – białka, które jest odpowiedzialne za budowę i prawidłową pracę komórek mięśniowych. Skutkiem jest zanik i niedowład mięśni – nie tylko tych odpowiedzialnych za poruszanie się, ale także proces oddychania. Z czasem dochodzi również do wystąpienia kardiomiopatii, czyli dysfunkcji mięśnia sercowego, która stanowi główną przyczynę śmierci pacjentów.
Objawy DMD pojawiają się na ogół między 3 a 5 rokiem życia, a o jej rozwoju mogą świadczyć osłabienie mięśni kończyn dolnych, „kaczy” chód, trudności we wstawaniu i wchodzeniu po schodach czy przerost łydek. Skutkiem choroby jest uszkodzenie narządów. Pacjenci często wymagają skoordynowanej opieki kilkunastu lekarzy różnych specjalności, m.in. pediatry, neurologa, kardiologa i ortopedy, a także codziennej rehabilitacji. W czasie choroby sprawność tracą nieodwracalnie kolejne grupy mięśni i konieczna staje się całodobowa opieka. Niestety, choroba na ogół kończy się śmiercią pacjentów przed ukończeniem 30 roku życia.
Leczenie dystrofii mięśniowej Duchenne’a
Podczas leczenia choroby specjaliści najczęściej skupiają się na przedłużeniu okresu sprawności oraz poprawie jakości życia i samopoczucia pacjentów. Jednak cały czas prowadzone są badania mające na celu bliższe poznanie mechanizmów tej choroby i opracowanie nowych strategii terapeutycznych. Wśród naukowców zajmujących się DMD jest dr Kalina Andrysiak z z Zakładu Biotechnologii Medycznej na Wydziale Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.
Celem moich badań jest poznanie molekularnych mechanizmów odpowiadających za rozwój kardiomiopati występującej u pacjentów z DMD. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych
narzędzi biologii molekularnej i inżynierii genetycznej, w warunkach laboratoryjnych mogę testować
potencjalne strategie terapeutyczne. Chciałabym, aby w przyszłości wyniki mojej pracy przyczyniły się
do opracowania skutecznych metod leczenia tej choroby – mówi badaczka.
Ponieważ niemożliwe jest uzyskanie biopsji mięśnia sercowego do badań laboratoryjnych, dr Andrysiak wykorzystuje technologię ludzkich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (hiPSC). Komórki te mogą być uzyskane zarówno od pacjentów z DMD, jak i od zdrowych dawców, natomiast obecnie tzw. złotym standardem jest wykorzystanie linii izogenicznych, czyli komórek różniących się wyłącznie brakiem lub obecnością danej mutacji, przy zachowaniu tego samego tła genetycznego. Takie linie przygotowuje się poprzez zastosowanie systemu edycji genów CRISPR/Cas9, który pozwala na wprowadzenie lub naprawę mutacji w badanym genie. Następnie z komórek tych uzyskiwane są kardiomiocyty (hiPSC-CM), komórki mięśnia sercowego odpowiedzialne
za jego kurczliwość. W dalszym etapie są one poddawane dokładnym analizom molekularnym i funkcjonalnym, które pozwalają na określenie, które zaburzenia mogą mieć istotny wpływ na rozwój choroby.
Ze względu na to, że celem badań było zidentyfikowanie nowych znaczników rozwoju kardiomiopatii w DMD, kardiomiocyty kontrolne oraz pozbawione dystrofiny poddano globalnym analizom transkryptomowym i proteomowym, które pozwoliły na określenie poziomu wszystkich genów i białek w tych komórkach oraz wyznaczenie zmian będących wynikiem obecności mutacji. Na podstawie tych eksperymentów, udało się zidentyfikować nieopisaną wcześniej w tym kontekście ścieżkę molekularną, która po przeprowadzeniu dokładnych analiz okazała się ważna z punktu widzenia rozwoju kardiomiopatii w DMD, a wyniki tych badań są przedmiotem przygotowywanej przez dr Andrysiak publikacji naukowej.
Naukowczyni zajmuje się również badaniem właściwości elektrofizjologicznych kardiomiocytów dystroficznych. Koncentruje się na roli utrofiny – białka podobnego do dystrofiny pod względem struktury i funkcji. Jest ono obecne u ludzi na etapie życia płodowego, a później jego rola zastępowana jest przez dystrofinę. Wyniki badań wykazały, że komórki pozbawione dystrofiny posiadają znacząco zaburzone właściwości elektrofizjologiczne, a efekt ten jest jeszcze bardziej nasilony w komórkach dodatkowo pozbawionych utrofiny, co sugeruje kompensacyjną rolę tego białka w tych komórkach dystroficznych. Dr Andrysiak przygotowała system oparty na technologii CRISPR/dCas9 oraz wektory wirusowe AAV do aktywacji utrofiny w kardiomiocytach dystroficznych. W ramach tych badań zamierza zweryfikować, czy zwiększenie poziomu utrofiny w tych komórkach poprawi ich właściwości i przyniesie skutek terapeutyczny.
Dr Kalina Andrysiak ukończyła w ub.r. studia doktoranckie pod opieką prof. Józefa Dulaka oraz dr. Jacka Stępniewskiego, w ramach których badała właśnie mechanizmy rozwoju kardiomiopatii u pacjentów z dystrofią mięśniową Duchenne’a (DMD). W tym czasie odbyła trzy zagraniczne staże naukowe – na Uniwersytecie w Saragossie oraz na Uniwersytecie Rutgersa w New Jersey. Badania, którymi zajmowała się w trakcie tych staży dotyczyły przygotowania systemu „serca na czipie” – modelu serca przeznaczonego do badania w warunkach in
vitro chorób serca oraz odpowiedzi komórek serca na środki farmakologiczne. W 2019 uzyskała grant naukowy na zbadanie roli utrofiny w kardiomiopatii u pacjentów z DMD w ramach konkursu PRELUDIUM organizowanego przez Narodowe Centrum Nauki. W listopadzie 2022 r. została stypendystką L’Oréal-UNESCO Dla Kobiet i Nauki.
MK