Общая основная особенность болезни – присутствие сокращенных теломер. Теломеры – структуры, которые защищают, или «кепка», концы хромосом, но они имеют тенденцию сокращаться с клеточным делением и возрастом, и может таким образом потерять их защитные функции. У многих пациентов DC есть мутация в гене DKC1, который кодирует для компонента фермента, названного теломеразой, которая помогает поддержать длину теломеры.
Поскольку теломераза является самой важной в тканях, которые часто делят, особенно, эпителиальные ткани, такие как кожа, пищеварительный тракт и легкие, это – то, где дефекты неожиданно возникают в этих людях.В новом исследовании, опубликованном в Стволовой клетке Клетки, исследователи из Университета Пенсильвании во главе с Кристофером Дж. Ленгнером из Школы Ветеринарии и Брэдом Джонсоном из Медицинской школы Перельмана сочли связь между теломерами и молекулярным сигнальным каскадом названной путем Wnt, который может указать на вариант лечения для пациентов DC. Связь была определена, первоначально используя мышей в лаборатории Джонсона, и вместе группы Ленгнера и Джонсона расширили эти результаты на человеческие ткани в культуре, чтобы продемонстрировать, что стимулирование пути Wnt полностью изменило симптомы дисфункции DC-related в кишечнике.
Их исследование подчеркивает присутствие позитивных откликов между передачей сигналов Wnt и функцией теломеры, посредством чего стимуляция передачи сигналов Wnt активирует выражение белков, которые увеличивают «кепку» на теломеры, приводя к более функциональным стволовым клеткам, который в свою очередь стимулирует путь Wnt далее.Исследование также обеспечивает понимание стратегий бороться с дисфункцией теломеры, процесс, который был также вовлечен в некоторые случаи рака и естественное старение.
«Что Вы видите у мышей мутанта, и dyskeratosis congenita пациенты является последствием наличия меньшего количества деятельности теломеразы в быстро делящихся тканях», сказал Джонсон, co-ведущий-автор на исследовании и адъюнкт-профессор патологии и лабораторной медицины в Пенне Медикайне. «Это не то же самое как естественное старение, где у Вас могли бы быть дефекты теломеры в клетках, у которых нет большой деятельности теломеразы для начала. Но я думаю, что справедливости ради стоит отметить, наши результаты сообщают пониманию части из того, что могло бы происходить, поскольку теломеры сокращаются в старении».
Lengner, доцент в Отделе Биомедицинских Наук в Пенне Вете, был co-ведущим-автором на исследовании.«Прямо сейчас главная терапия для этих пациентов – пересадка костного мозга», сказал Ленгнер. «Это может обратиться к недостаточности костного мозга, но не решает другие проблемы, связанные с болезнью, и особенно не риском рака. Эта работа предлагает способ обратиться к первопричине болезни».
Более раннее исследование с моделями мыши DC предположило, что могла бы быть связь между путем Wnt и теломеразой. И недавнее исследование в камерах пациентов DC нашло уменьшение в деятельности в пути Wnt. Таким образом, исследователи Пенна хотели исследовать, могла ли бы активация Wnt полностью изменить эффекты болезни.
Чтобы сделать так, команда использовала три возникающих метода. Во-первых, они использовали вызванные плюрипотентные стволовые клетки или iPSCs, которые являются взрослыми клетками, которые «повторно запрограммированы», чтобы тесно напомнить эмбриональные стволовые клетки. Это позволило исследователям брать клетки от пациентов DC, а также от здоровых людей, и преобразовывать их так, клетки, как стволовые клетки, могли дать начало многим различным типам клетки.
Во-вторых, они использовали систему CRISPR/Cas9, прямой метод с сильным воздействием. Как вырезание и вклейка для генома, это создает разрывы двойного берега на конкретном месте в ДНК и затем восстанавливает его, включая новую, желаемую последовательность, используя соответственную перекомбинацию. Исследователи использовали эту редактирующую ген систему, чтобы ввести мутацию DKC1 в здоровый человеческий iPSCs, и также исправить вызывающую болезнь мутацию в iPSCs от терпеливых образцов DC. Таким образом, они соответствовали наборам клеточных линий, чтобы проверить, который мог исключить эффекты любой второстепенной наследственной изменчивости.
Наконец, исследователи вырастили то, что известно как «organoids», рост в пробирке, который напоминает орган посредством процесса, названного направленным дифференцированием, в котором iPSCs питались определенные молекулы, которые подражают сигналам, что стволовые клетки получают в нормальном развитии. В этом случае клетки были уговорены, чтобы сформировать человеческий organoid кишечника, который естественно формирует подобную трубе структуру, резюмируя трубы человеческой желудочно-кишечной системы.
Когда команда Пенна наблюдала развитие organoid кишечника, они нашли, что первоначально, камеры пациентов DC, казалось, обычно формировались.«Но в то время, когда пункт, когда они, как предполагается, делают кишечник и формируют трубу пищеварительного тракта, вещи, развалился», сказал Ленгнер.В то время как образцы здоровых пациентов и образцы от пациентов DC, которые были исправлены CRISPR, сформировали трубу, камеры оригинальных пациентов и клетки, которым ввел мутацию болезни CRISPR, казалось, проходили нормальный курс развития в течение нескольких дней, но на две недели испытал недостаток в подобной трубе структуре, замеченной в здоровых образцах и исправленных болезнью образцах. У этих клеток также были более короткие теломеры с organoids кишечника от того, что DC пациенты имели самый короткий из любого типа клетки.
«Мы видели на молекулярном уровне, что это сопровождается отказом активировать определенные генные программы стволовой клетки кишечника», сказал Ленгнер, «определенно гены в пути Wnt».Следующий логический шаг для исследователей должен был активировать Wnt, чтобы видеть, могли ли бы эти дефекты быть полностью изменены. Они рассматривали organoids, полученный из терпеливого iPSCs DC с комплексом под названием CHIR, который стимулирует путь Wnt и нашел, что это восстановило формирование подобной трубе структуры, а также экспрессию гена стволовой клетки кишечника.
Лечение также увеличило деятельность теломеразы и длину теломеры в клетках с мутантом DKC1.Чтобы оценить этот подход лечения в более клинически соответствующей модели, они пересадили человеческий organoids кишечника в мышей. Мыши, которые получили пересадку, содержащую мутацию DKC1, и также рассматривались с одобренным FDA стимулятором пути Wnt, лития, поддержали свою структуру ткани кишечника и имели высокое выражение целевых генов Wnt. В действительности они напомнили мышей, которые получили пересадку organoid, полученного от здорового пациента.
Исследование, исследователи сказали, доказательство предложений принципа, что активация пути Wnt может полностью изменить, по крайней мере, желудочно-кишечные фенотипы, связанные с dyskeratosis congenita. Смотрение вперед, они хотели бы попытаться достигнуть того же самого подвига в других типах ткани, затронутых болезнью, таких как легкие и даже кровь.
И в то время как литий – одобренный препарат, это не отборное для пути Wnt и имеет побочные эффекты, и таким образом «проверяющий на дополнительных терапевтических агентов могло бы быть выгодным», сказал Джонсон.