Multigenový myší model odhaluje nové mechanismy Hirschsprungovy choroby

Během vývoje trávicího systému se kolem něj vytváří složitá síť nervů, která vytváří „druhý mozek“ – enterický nervový systém (ENS) – který řídí pohyb potravy a odpadu střevem. Ale kombinace změn v molekulárních písmenech tvořících určité genetické instrukce může těmto nervům zabránit ve správném vývoji, což vede k Hirschsprungově chorobě (HSCR), bolestivému a často nebezpečnému stavu, při kterém se u dětí rozvine střevní blokáda a nejsou schopny vykastrovat.

Studie vedená výzkumníky NYU Langone Health odhaluje novou strategii ke studiu této poruchy u myší, která lépe napodobuje, jak se nemoc projevuje u lidí. Předchozí zvířecí modely HSCR se zabývaly pouze úlohou jednotlivých genů, které hrály při způsobení onemocnění, ale nový přístup je založen na tom, jak interakce mezi více geny kontrolují stav.

Nyní máme mnohem realističtější a přesnější způsob, jak modelovat Hirschsprungovu chorobu, který nám pomůže porozumět nemoci tak, jak jsme to dříve nemohli. Naše studie poprvé ukazuje, jak některé z nejznámějších mutací, změn DNA kódu, u Hirschsprungovy choroby spolupracují na obstrukci střev. nervový systém rozvoj.“

Ryan Fine, PhD, první autor studie, postdoktorand, Centrum pro lidskou genetiku a genomiku, NYU Grossman School of Medicine

Práce vedla Aravinda Chakravarti, PhD, Muriel G. a George W. Singer, profesor neurovědy a fyziologie na katedře neurověd na NYU Grossman School of Medicine a ředitel Centra pro lidskou genetiku a genomiku na škole. Chakravarti studoval HSCR více než 30 let a pomohl identifikovat dva hlavní geny spojené s HSCR: přeskupené během transfekce (RET) a endoteliální receptor typu B (EDNRB).

V předchozích studiích HSCR na zvířatech výzkumníci „vyřadili“ buď RET nebo EDNRB, což znamená, že zmutovali gen tak, že jeho funkce byla zcela zničena. Zatímco to bránilo správnému vytvoření ENS a napodobovalo některé aspekty lidských onemocnění, jiné charakteristické prvky HSCR v myších modelech chyběly. Například u lidí je toto onemocnění čtyřikrát častější u mužů a má tendenci postihovat pouze dolní oblasti tlustého střeva. Ale u knockout myší je výskyt onemocnění u samců a samic podobný a střevní nervový systém je defektní v celém tlustém střevě a tenkém střevě.

Publikováno online 21. října v časopise PNASnová studie popisuje, jak kombinovat slabší mutace v obou RET a EDNRB vytváří realističtější model HSCR u myší. Místo úplného vyřazení jednoho genu vědci vytvořili různé kombinace myší, ve kterých byl jeden nebo oba geny buď stále částečně funkční, nebo u kterých byla odstraněna pouze jedna kopie genu.

V kombinaci, která nejlépe replikovala příznaky lidské nemoci, pouze jedna kopie RET byl vyřazen a obě kopie EDNRB byly částečně funkční. Tyto myši měly normální vývoj nervového systému v tenkém střevě a samci myší byli postiženi častěji než samice.

Vědci pak byli schopni zjistit molekulární detaily toho, jak kombinované genetické mutace způsobují onemocnění. Předpokládá se, že HSCR je způsobeno úplným nedostatkem nervových buněk ve střevě, takže vědci byli překvapeni, když zjistili, že během vývoje měly HSCR myši ve svých střevech spoustu nezralých nervových buněk (progenitorových buněk) – ve skutečnosti jich měly více než zdravé myši.

Aby vědci pochopili, co by mohlo vysvětlit nesrovnalost mezi velkým množstvím nezralých buněk ENS a úplnou absencí zralých buněk, analyzovali, které geny se u HSCR myší liší. RET a EDNRB kontrolují úrovně aktivity mnoha různých genů, ale výzkumníci zjistili zvláště velký nárůst úrovní SOX2OTgen, který řídí, jak nervové progenitorové buňky dozrávají a stávají se součástí plnohodnotného nervového systému. Toto pozorování je vedlo ke spekulacím, že bez plně funkčního RET a EDNRB, které by jej ovládaly, SOX2OT by mohly interferovat s tím, jak progenitorové buňky dozrály, a zabránit plnému rozvoji ENS.

Chakravarti říká, že jeho tým plánuje použít tento model myši k zodpovězení dalších obtížných otázek o HSCR, ale tento přístup není omezen na tuto podmínku. Strategie studia více mutací současně byla použita dříve ve studiích rakoviny, říká, ale ne tolik u vývojových poruch.

„Myslím, že toto je model pro mnoho dalších složitých lidských poruch,“ řekl Chakravarti. „Studiem komplexního onemocnění tak, jak se ve skutečnosti u lidí vyskytuje – v důsledku menších mutací napříč více geny spíše než z úplné ztráty jediného genu – můžeme lépe porozumět jemnostem tohoto stavu a přiblížit se k život zachraňující léčbě.“

Financování studie bylo poskytnuto grantem National Institutes of Health HD028088.

Další výzkumníci Nyu Langone zapojení do studie jsou rebeccca Chubayv, miningzhou fu a gabriel grablon.