Zespół pod kierunkiem prof. Józefa Dulaka odkrył nieznane wcześniej mechanizmy zaburzeń funkcji serca u pacjentów z dystrofią mięśniową Duchenne’a.
W „Cardiovascular Research” (wyd. Oxford University Press), jednym z najważniejszych czasopism z zakresu badań podstawowych i klinicznych nad chorobami serca i chorobami układu krążenia ukazała się praca zespołu Zakładu Biotechnologii Medycznej pt. Dysregulated iron homeostasis in dystrophin-deficient cardiomyocytes: correction by gene editing and pharmacological treatment.
W ramach badań realizowanych z programu NCN MAESTRO, zespół profesora Józefa Dulaka przedstawił wyniki wskazujące na zaburzenia gospodarki żelazowej w kardiomiocytach pozbawionych dystrofiny. Mutacje prowadzące do braku tego białka, kluczowego dla funkcji serca, mięśni szkieletowych i oddechowych, są przyczyną dystrofii mięśniowej Duchenne’a (DMD), ciężkiej i nieuleczalnej choroby genetycznej dotykającej niemal wyłącznie chłopców. Pierwszymi objawami choroby są trudności w chodzeniu pojawiające się u chłopców w wieku około 2–3 lat. Gdy chłopcy osiągają wiek nastoletni, postępujące uszkodzenie mięśni powoduje znaczną niepełnosprawność i konieczność poruszania się chorych na wózku inwalidzkim, a rozwijająca się niewydolność mięśni oddechowych i przede wszystkim serca (kardiomiopatia) są przyczyną przedwczesnej śmierci młodych mężczyzn, najczęściej w trzeciej dekadzie życia.
W pracy, której pierwszym autorem jest dr Kalina Andrysiak (wcześniej doktorantka prof. Dulaka i dr, Jacka Stępniewskiego), naukowcy wykorzystali indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC, ang. induced pluripotent stem cells). We współpracy z zespołem prof. Anny Kostery-Pruszczyk i dr hab. Anny Potulskiej-Chromik z Kliniki Neurologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, po uzyskaniu odpowiedniej zgody komisji bioetycznej i akceptacji rodziców oraz pacjentów, krakowscy badacze wyizolowali białe krwinki z niewielkiej ilość krwi pobranej od pacjentów. Następnie przekształcili te leukocyty w laboratorium do iPSC. Dodatkowo, w celu prawidłowego porównywania efektu mutacji naprawili gen DMD w komórkach pacjentów za pomocą metody edycji genów CRISPR/Cas9.
Dzięki tym zabiegom naukowcy mogli następnie porównywać chore kardiomiocyty (pozbawione dystrofiny) oraz zdrowe (z naprawioną mutacją w genie dystrofiny), Wykonali także odwrotne manipulacje – wprowadzając mutację w genie dystrofiny w iPSC otrzymanych poprzez przeprogramowanie leukocytów zdrowych dawców – w ten sposób stworzyli odpowiednie komórkowe modele choroby DMD.
Wyniki przeprowadzonych badań wskazują na zaburzenia w gospodarce żelazowej w kardiomiocytach pozbawionych dystrofiny. Ponieważ kardiomiocyty otrzymane z iPSC odpowiadają komórkom serca u bardzo młodych pacjentów, uzyskane wyniki sugerują, że podobny problem może występować już w sercach kilkuletnich chłopców z dystrofią mięśniową Duchenne’a.
Badacze postulują, że przyczyną tych problemów może być zaburzenie funkcji białka mitoNEET, odpowiedzialnego za usuwania żelaza z mitochondriów, którego poziom był niższy w kardiomiocytach pozbawionych dystrofiny w porównaniu z komórkami zdrowymi. Co ważne, naprawa mutacji w genie dystrofiny poprzez jego edycję za pomocą CRISPR/Cas9 przywracała prawidłowy poziom białka mitoNEET.
Tym samym technika CRISPR/Cas9 już stosowana lub testowana w terapii innych chorób (ostatnio zarejestrowano terapię CRISPR/Cas9 do leczenia niedokrwistości sierpowatokrwinkowej oraz talasemii) może być w przyszłości rozważana jako sposób na poprawę funkcji serca pacjentów cierpiących na DMD.
Kalina Andrysiak, Jacek Stępniewski i Józef Dulak ze współpracownikami wykazali również, że zaburzenia gospodarki żelazowej i jej konsekwencje (zwiększone wytwarzanie niekorzystnych wolnych rodników) mogą być ograniczane poprzez podanie kardiomiocytom drobnocząsteczkowego związku, usuwającego nadmiar żelaza z komórki (deferoksaminy) lub pioglitazonu – stabilizatora białka mitoNEET. Co ciekawe, pioglitazon należy do grupy leków (tiazolidynedionów) stosowanych w terapii cukrzycy, zmniejszając we krwi stężenie glukozy.
Uzyskane wyniki stwarzają zdaniem naukowców podstawy do rozważenia wykorzystania wspomnianych lub podobnych leków w terapii DMD. Dodatkowym uzasadnieniem do ich stosowania mogą być obserwowane w dystrofii Duchenne’a zaburzenia gospodarki węglowodanowej i funkcji insuliny, które potencjalnie mogą być także normalizowane za pomocą pioglitazonu lub podobnych substancji. Oczywiście rozważenie odpowiednich badań klinicznych wymagać będzie jeszcze dalszych badań eksperymentalnych, w celu weryfikacji wyników opisanych w omawianym artykule.
Powstanie publikacji, w której badacze wykorzystali m.in. techniki globalnej analizy ekspresji genów (transkryptomiki) i produkcji białek (proteomiki) było możliwe dzięki współpracy z innymi zespołami z Uniwersytetu Jagiellońskiego (prof. Elżbietą Pyzą i dr Olgą Woźnicką z Instytutu Zoologii Nauk Biomedycznych oraz dr. Guillemem Yllą i dr Gabrielą Machaj z Pracowni Bioinformatyki i Biologii Genomu WBBiB UJ), a także z naukowcami z Uniwersytetu w Kolonii w Niemczech. Opisane badania były dodatkowo finansowane z programów NCN OPUS oraz JPND.
Na zdjęciu: Ludzkie komórki serca (kardiomiocyty) otrzymane poprzez różnicowane indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych. Fot. Kalina Andrysiak