Nietypowa mutacja w genie dystrofiny rzuca nowe światło na dystrofię mięśniową Duchenne’a – wynika z badań naukowców Uniwersytetu Jagiellońskiego. Odkrycie zostało szczegółowo opisane na łamach czasopisma „Circulation: Genomic and Precision Medicine”, wydawanego przez American Heart Association.
Dystrofia mięśniowa Duchenne’a (Duchenne Muscular Dystrophy, DMD) dotyka ok. 1 na 5 tys. chłopców i jest spowodowana mutacjami w genie DMD, kodującym dystrofinę, białko niezbędne do prawidłowego funkcjonowania mięśni szkieletowych i mięśnia sercowego. Wynikiem mutacji genu DMD jest najczęściej brak dystrofiny, co prowadzi do stopniowego osłabienia i zaniku mięśni, utraty zdolności chodzenia, a także rozwoju kardiomiopatii i niewydolności oddechowej.
Badania nad mechanizmami DMD od wielu lat stanowią jeden z głównych kierunków działalności prof. Józefa Dulaka i zespołu Zakładu Biotechnologii Medycznej Uniwersytetu Jagiellońskiego. Najnowsze badania dotyczyły przypadku chłopca z rozpoznaną dystrofią Duchenne’a, u którego wykryto wcześniej nieopisaną mutację w genie DMD. Na podstawie dotychczasowej wiedzy przewidywano, że mutacja ta całkowicie uniemożliwi produkcję dystrofiny. Wyniki okazały się jednak znacznie bardziej złożone.
Lekarze pobrali od pacjenta komórki krwi, a naukowcy z Zakładu Biotechnologii Medycznej przeprogramowali je w indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC). Następnie, wykorzystując technologię edycji genomu CRISPR/Cas9, stworzyli odpowiadającą im linię komórek z naprawioną mutacją. Dzięki temu mogli bezpośrednio porównywać komórki chore i „naprawione”, posiadające identyczne tło genetyczne. Ponieważ iPSC mają zdolność różnicowania do wielu typów komórek, badacze otrzymali następnie z iPSC komórki mięśni szkieletowych oraz kardiomiocyty, czyli komórki mięśnia sercowego.
Najważniejszym odkryciem było stwierdzenie, że badana mutacja nie powoduje całkowitego zaniku dystrofiny, a zamiast tego prowadzi do utraty jedynie dwóch aminokwasów w białku. Co więcej, poziom dystrofiny w komórkach serca pozostawał zaskakująco wysoki, podczas gdy w komórkach mięśni szkieletowych był znacznie obniżony. Wyniki te pokazały, że ta sama mutacja może wywoływać odmienne skutki w różnych tkankach organizmu.
Mimo że DMD jest rozpoznawana przede wszystkim jako choroba mięśni szkieletowych, to uszkodzenie serca stanowi jedną z głównych przyczyn przedwczesnej śmierci pacjentów. Dlatego szczególnie interesujące były wyniki dotyczące kardiomiocytów. Badacze wykazali, że pomimo zachowanej produkcji dystrofiny (Dp427) komórki serca nie funkcjonowały całkowicie prawidłowo. Zaobserwowano zmiany w odpowiedzi na stymulację adrenergiczną, czyli na sygnały, które w organizmie pobudzają serce podczas stresu lub wysiłku fizycznego. Zmiany te, wykryte we współpracy z dr. hab. Pawłem Ferdkiem z Zakładu Biologii Komórki, sugerują, że nawet niewielkie uszkodzenie dystrofiny może prowadzić do subtelnych zaburzeń pracy serca, które z czasem mogą przyczyniać się do rozwoju kardiomiopatii.
Równie interesujące było odkrycie obecności białka Dp116, krótszej odmiany dystrofiny, w ludzkich kardiomiocytach. Autorzy podkreślają, że jest to pierwszy bezpośredni dowód obecności tego białka w komórkach serca uzyskanych z iPSC.
Badanie stanowi kolejny przykład wykorzystania nowoczesnych modeli komórkowych oraz technologii CRISPR/Cas9 w badaniach nad chorobami rzadkimi. Praca zespołu pokazuje, że skutków mutacji w genie DMD nie można przewidywać wyłącznie na podstawie analizy DNA. Nawet mutacje, które teoretycznie powinny prowadzić do całkowitego braku dystrofiny, mogą dawać bardziej złożony obraz biologiczny. Odkrycie może także pomóc w wyjaśnieniu, dlaczego u niektórych pacjentów przebieg choroby jest łagodniejszy lub odbiega od klasycznego obrazu dystrofii Duchenne’a.
Badania przeprowadzono we współpracy z klinicystami z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego. Wyniki ukazały się na łamach „Circulation: Genomic and Precision Medicine”.
Łukasz Wspaniały, źródło: UJ