Innowacyjne podejście do badania mukowiscydozy przybliża nas do zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw choroby
Mukowiscydoza, powodująca przedwczesny zgon poprzez postępującą niewydolność oddechową, jest zaburzeniem genetycznym wywoływanym przez mutacje błonowego regulatora przewodnictwa (CFTR). CFTR odgrywa ważną rolę w równowadze homeostatycznej składu płynów. W przypadku mukowiscydozy zaburzony wypływ jonów chlorkowych poprzez CFTR zwiększa ilość sodu, a tym samym resorpcję wody z powierzchni dróg oddechowych. Prowadzi to do nagromadzenia gęstego śluzu i zaprzestania działania mechanizmu śluzowo-rzęskowego oczyszczania. Powoduje to przewlekłe zakażenia i rozległe stany zapalne, których skutkiem jest uszkodzenie płuc prowadzące do zgonu. Oprócz znanego wpływu na oczyszczanie śluzowo-rzęskowe niektóre dowody sugerują, że w przypadku mukowiscydozy główne zmiany w reakcjach odpornościowych skutkują uszkodzeniami płuc. Jak wyjaśnia główna badaczka, Audrey Bernut: „Obecnie nie rozumiemy tej choroby w pełni z powodu braku odpowiednich modeli zwierzęcych, które podsumowują nieprawidłowości odpornościowe występujące u pacjentów z mukowiscydozą”. Dostępne modele mukowiscydozy (np. komórki pochodzące od pacjentów lub modele ssaków) podlegają pewnym ograniczeniom, głównie ocenie zjawisk w istniejącym wcześniej środowisku zapalnym. W konsekwencji mechanizmy, dzięki którym CFTR bezpośrednio reguluje odporność gospodarza oraz sposób, w jaki mutacje występujące przy mukowiscydozie przyczyniają się do patogenezy związanej z zakażeniami i stanami zapalnymi, pozostają nieznane. Aby lepiej zrozumieć powiązania pomiędzy dysfunkcyjnym CFTR a szkodliwymi reakcjami odpornościowymi przy mukowiscydozie, w projekcie badawczym Bernut, CFZEBRA, wykorzystano larwy danio pręgowanego jako badany model zwierzęcy. Młode danio pręgowane są przezroczyste, dzięki czemu możliwe jest nieinwazyjne monitorowanie w czasie rzeczywistym zachowania komórek układu odpornościowego podczas procesów zapalnych w całym organizmie. CFTR danio pręgowanego wykazuje dużą zbieżność sekwencji z ludzkim (zbieżność na poziomie 56,24 %). Podobnie jak u ssaków, CFTR u danio pręgowanego ma formę powierzchni nabłonkowych i komórek odpornościowych; odgrywa też ważną rolę w równowadze homeostatycznej składu płynów. „Choć może się wydawać na pierwszy rzut oka, że brak płuc ogranicza znaczenie tego modelu, moje dane sugerują, że zmiany działania CFTR w nabłonkowych i wrodzonych komórkach odpornościowych są takie same w różnych tkankach i u różnych gatunków”, stwierdza Bernut, której projekt realizowany jest przy wsparciu programu„Maria Skłodowska-Curie” i nadzorowany przez Stephena Renshawa, profesora na Uniwersytecie w Sheffield (Zjednoczone Królestwo). Korzystając z technologii CRISPR-Cas9, prostego acz potężnego narzędzia służącego do edytowania genomu, Bernut była w stanie „pociąć” sekwencje DNA i zmienić funkcjonowanie CFTR poprzez wytworzenie mutacji. Rezultatem było pokolenie danio pręgowanego z mukowiscydozą, utworzenie którego umożliwiło Bernut ocenę roli CFTR w bezpośredniej regulacji potencjału zapalnego i odpornościowego gospodarza in vivo. Bernut odkryła kilka zmienionych procesów immunologicznych i zapalnych będących bardzo ważnymi mechanizmami leżącymi u podstaw zakażenia i zapalenia przy mukowiscydozie. Tymi kwestiami można zająć się w trakcie leczenia, aby zapobiec zapaleniu płuc powodującemu ich uszkodzenie u pacjentów z mukowiscydozą. Ma to potencjał poprawy wyników leczenia choroby. „Wyodrębniłam już interesujące związki, które mogą mieć działanie lecznicze i które są obecnie wykorzystywane do leczenia innych chorób. Teraz konieczne będą badania eksperymentalne z udziałem pacjentów, aby można było ocenić skuteczność takich nowatorskich sposobów leczenia mukowiscydozy ukierunkowanych na odporność. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, kolejne mogą być badania kliniczne”, podsumowuje Bernut.
Słowa kluczowe
CFZEBRA, mukowiscydoza, CFTR, danio pręgowany, stan zapalny, zakażenie, sposoby leczenia ukierunkowane na odporność, patologia płuc, modele zwierzęce, CRISPR-CAS9
