Śledzenie szlaków molekularnych leżących u podstaw stwardnienia zanikowego bocznego
Nieuleczalna choroba neurodegeneracyjna, jaką jest stwardnienie zanikowe boczne, znane również jako SLA (łac. sclerosis lateralis amyotrophica) lub ALS (ang. amyotrophic lateral sclerosis), prowadzi do niszczenia motoneuronów (neuronów ruchowych) w mózgu i rdzeniu kręgowym, odpowiedzialnych za kontrolę skurczów mięśni zależnych od woli. Jest to najczęściej diagnozowana choroba neuronu ruchowego. „Niestety, większość pacjentów umiera dwa do pięciu lat po postawieniu diagnozy. Ponadto istnieje zaledwie kilka zatwierdzonych leków, których skuteczność została udokumentowana w przypadku niektórych pacjentów, a wiele badań klinicznych zakończyło się niepowodzeniem”, mówi Edor Kabashi, koordynator projektu ALS-Networks, który został sfinansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. W ciągu ostatnich 20 lat naukowcom udało się zidentyfikować u niektórych pacjentów z ALS kilkanaście genów, które uległy patogennym mutacjom. Ich ekspresja zachodzi w większości typów komórek i choć pierwotnie uważano je za niepowiązane z ALS, obecnie są one jednym z głównych przedmiotów badań nad nowymi środkami leczniczymi. Celem projektu ALS-Networks było określenie wspólnych szlaków, w ramach których te zmutowane geny mogą ze sobą oddziaływać, aby ustalić, w jaki sposób zmieniona ekspresja genetyczna wpływa na degenerację neuronów ruchowych. Projekt koncentrował się na czterech genach, których mutacje obserwuje się w przypadku chorych na ALS. „Wydaje się, że zidentyfikowane przez nas szlaki są wspólne nie tylko w przypadku naszych modeli – stwierdzono je również w innych modelach zwierzęcych, a także w indukowanych neuronach ruchowych pozyskanych od pacjentów cierpiących na ALS. Z pewnością jesteśmy na dobrej drodze do osiągnięcia znacznych postępów w zakresie nowych metod leczenia”, dodaje Kabashi, który prowadzi badania w Narodowym Instytucie Zdrowia i Badań Medycznych (Inserm) we Francji, ośrodku pełniącym rolę gospodarza projektu.
Transgeniczne modele danio pręgowanego
Niezwykle użytecznym organizmem modelowym jest danio pręgowany, gdyż posiada te same geny, które u pacjentów z ALS ulegają mutacji i degeneracji. Zatem w ramach swoich badań uczeni zmodyfikowali określone regiony genomu danio pręgowanego za pomocą metody CRISPR/Cas9, aby usunąć geny związane z ALS i/lub wprowadzić mutacje występujące u osób chorujących na ALS. W ten sposób stworzono serię mutantów delecyjnych danio pręgowanego, które posłużyły do analizy czterech badanych genów związanych z ALS: C9orf72, SQSTM1, TDP-43 i FUS. Danio pręgowany jest organizmem modelowym kręgowców, w związku z czym oparte na nim modele genu C9orf72 pomogły uczonym w zidentyfikowaniu markera chorobowego charakterystycznego dla stwardnienia zanikowego bocznego. „Odkryliśmy, że w pewnych uwarunkowaniach genetycznych nadekspresja białek zwanych powtórzeniami dwupeptydowymi nasila uszkodzenia motoryczne, co prowadzi do neurodegeneracji”, zauważa Kabashi. Łącząc techniki, takie jak oczyszczanie i analiza omiczna motoneuronów z tychże modeli, zidentyfikowano dwa wspólne szlaki, które przyczyniają się do zaniku neuronów ruchowych. Pierwszy z nich jest związany z zaburzonym metabolizmem mitochondrialnym, który jest kluczowym mechanizmem utrzymania energii komórkowej. Drugi wiąże się z kolei z zaburzoną autofagią, procesem komórkowym odpowiedzialnym za usuwanie starych lub uszkodzonych składników. Zespół badaczy stworzył również model danio pręgowanego z dezaktywowanym genem FUS, na podstawie którego wykazano mniejszą zdolność pływania i wyższą śmiertelność w porównaniu z grupą kontrolną. We współpracy z międzynarodowymi konsorcjami uczonym udało się ustalić, w jaki sposób interakcje genetyczne mogą wpływać na warianty genetyczne powodujące chorobę, a tym samym stanowić czynniki ryzyka. Bazując na swoich odkryciach, zespół opracował modele danio pręgowanego dla dwóch dodatkowych genów związanych z ALS – GPX3 i NUP50. „Jesteśmy naprawdę podekscytowani dalszymi badaniami tych wariantów, ponieważ wszystko wskazuje na to, że są one zaangażowane w kluczowe mechanizmy patogenetyczne związane z ALS, do których należą stres oksydacyjny i transport nukleocytoplazmatyczny”, wyjaśnia Kabashi. Ponadto opracowano model dla genu TBK1, którego występowanie również stwierdzono u pacjentów z ALS. Artykuł naukowy na ten temat jest obecnie w przygotowaniu. Co ważne, inaktywacja tego genu prowadzi do degeneracji neuronów ruchowych i aktywacji śmierci komórkowej.
Wspólne szlaki
Naukowcy nadal poszukują typowych dla ALS zaburzonych szlaków związanych z neuronami ruchowymi jako celów dla nowych terapii, które pozwolą na zmniejszenie cierpienia i poprawę jakości życia pacjentów z ALS. „W odniesieniu do obu najczęściej zmutowanych genów, C9orf72 i FUS, zidentyfikowaliśmy już związki, które mogą ograniczyć proces degeneracji neuronów ruchowych i mięśni”, dodaje Kabashi. Kabashi już niedługo zacznie prace nad ustaleniem konkretnych markerów, które ulegają zmianie w modelach danio pręgowanego. Kolejnym planem jest użycie techniki fluorescencyjnej do sortowania komórek dotkniętych ALS, co umożliwi dalszą analizę zmian specyficznych dla poszczególnych komórek. „Identyfikacja tych markerów może przyspieszyć leczenie ALS za pomocą terapii genowej, której skuteczność już potwierdzono w przypadku rdzeniowego zaniku mięśni – choroby neurorozwojowej, która również atakuje neurony ruchowe i mięśnie”, podsumowuje Kabashi.
Słowa kluczowe
ALS-Networks, ALS, SLA, motoneuron, neuron ruchowy, mózg, rdzeń kręgowy, mięśnie, gen, danio pręgowany, komórka, mutacja, środki lecznicze, metabolizm mitochondrialny, autofagia
