НАД — лекарство для Чарли Гарда?
Ученые разработали клеточную линию, моделирующую синдром истощения митохондриальной ДНК. С помощью этой линии они протестировали возможные лекарства и определили, что НАД эффективно восстанавливает уровень ATФ в клетках. Вариант терапии был успешен при лечении мутантных крыс. Исследование опубликовано в журнале Cell Reports.
В прошлом году многие следили за судьбой Чарли Гарда — ребенка с синдромом истощения митохондриальной ДНК, который из-за нестыковок британского и американского законодательства не получил экспериментальный вариант терапии. Общество обратило внимание на то, что лечения этого синдрома до сих пор нет.
Синдром истощения митохондриальной ДНК (СИМД) — заболевание с аутосомно-рецессивным типом наследования. Он имеет несколько типов клинических проявлений и обусловлен мутациями в генах ферментов, отвечающих за метаболизм нуклеотидов. Например, мутация в гене DGUOK нарушает работу фермента дезоксигуанозин киназы (наиболее распространенная мутация у пациентов с СИМД). Это приводит к недостатку предшественников нуклеотидов для синтеза мтДНК, снижению синтеза АТФ и изменению морфологии митохондрий. Дети с таким синдромом погибают в младенчестве в основном от отказа печени.
Из печени пациентов не удавалось выделить первичную культуру гепатоцитов (в том числе из-за трудностей с получением биопсийного материала). Поэтому до сих пор не было модельного объекта для разработки терапии СИМД. Исследовательская группа из Медицинского университета Южной Каролины и Медицинского колледжа Висконсина разработала клеточную культуру с мутацией гена DGUOK. Ученые использовали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), в ген DGUOK которых при помощи системы CRISPR/Cas9 ввели две делеции, что нарушило работу фермента в клетках. Затем у мутированных ИПСК запустили дифференцировку в гепатоцит-подобные клетки по протоколу, который группа опубликовала ранее (Mallanna, Duncan, 2013). Так была получена модельная клеточная культура, имитирующая СИМД.
На этой клеточной линии протестированы несколько веществ. Исследователи оценивали их способность повышать синтез АТФ и стимулировать экспрессию митохондриальных генов, кодирующих элементы электрон-транспортной цепи (ЭТЦ). НАД (никотинамидадениндинуклеотид) лучше всех соответствовал поставленным критериям, и ученые изучили механизм влияния НАД на митохондрии. Он активирует транскрипционный фактор PGC1α, который опосредованно стимулирует экспрессию генов элементов ЭТЦ и ускоряет метаболизм глюкозы и жирных кислот, что приводит к увеличению синтеза АТФ.
Рисунок 1 | Схема эксперимента: получена линия ИПСК с мутацией в гене DGUOK, из которой затем дифференцированы гепатоцит-подобные клетки, моделирующие СИМД. Далее осуществлен подбор вещества, являющегося потенциальным лекарством (Graphical Abstract оригинальной статьи).
Стоит отметить, что исследователи получили еще одну клеточную линию с другой мутацией, приводящей К СИМД — в гене RRM2B (такой тип СИМД был у Чарли Гарда). НАД также стимулировал синтез АТФ в этих клетках, что говорит о возможности использования НАД для терапии СИМД не только в случае мутации DGUOK.
Терапию НАД протестировали in vivo на полученных ранее крысах с мутацией DGUOK (Bennett et al., 2016). Из-за того, что поступающий перорально НАД не усваивается, для увеличения количества НАД в клетках крыс использовали введение никотинамид рибозида, что привело к восстановлению функций митохондрий и увеличению синтеза АТФ в клетках печени крыс.
Полученные клеточные линии, моделирующие течение СИМД, в дальнейшем можно использовать для тестирования новых препаратов. Исследователи считают, что их подход можно применять для разработки лекарств для лечения редких заболеваний, которые тяжело изучать.
Исследование:
http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.036
Паблик релиз:
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-11/muos-ncr103118.php
Упомянутые статьи:
Bennett, B., Helbling, D., Meng, H., Jarzembowski, J., Geurts, A. M., Friederich, M. W., ... & Dimmock, D. P. (2016). Potentially diagnostic electron paramagnetic resonance spectra elucidate the underlying mechanism of mitochondrial dysfunction in the deoxyguanosine kinase deficient rat model of a genetic mitochondrial DNA depletion syndrome. Free Radical Biology and Medicine, 92, 141-151.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0891584916000022
Mallanna, S. K., & Duncan, S. A. (2013). Differentiation of hepatocytes from pluripotent stem cells. Current protocols in stem cell biology, 26(1), 1G-4.
https://currentprotocols.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/9780470151808.sc01g04s26
