Přehlížené mikroproteiny by mohly léčit obezitu a metabolické poruchy

Míra obezity se za posledních 30 let více než zdvojnásobila, což postihuje více než miliardu lidí po celém světě. Tento převládající stav je také spojen s jinými metabolickými poruchami, včetně diabetu 2. typu, kardiovaskulárních onemocnění, chronického onemocnění ledvin a rakoviny.

Současné možnosti léčby zahrnují zásahy do životního stylu, bariatrickou chirurgii a léky GLP-1, jako je ozempij nebo Wegovy, ale mnoho pacientů se snaží o přístup nebo dokončení těchto postupů nebo o udržení jejich úbytku poté.

Vědci Salk Institute hledají novou léčebnou strategii v mikroproteinech, což je podhodnocená třída molekul nalezená v celém těle, která hraje roli ve zdraví i nemoci.

V nové studii vědci prověřili tisíce genů tukových buněk pomocí editace genů CRISPR, aby našli desítky genů, které pravděpodobně kódují mikroproteiny – z nichž potvrdili – které regulují buď proliferaci tukových buněk nebo akumulaci lipidů.

Zjištění, zveřejněná v Sborník Národní akademie vědidentifikovat nové mikroproteiny, které by mohly potenciálně sloužit jako cíle léčiva zacházet s obezitou a dalším Metabolické poruchy. Studie také ukazuje hodnotu screeningu CRISPR v budoucím objevu mikroproteinů.

„Screening CRISPR je nesmírně účinný při hledání důležitých faktorů v obezitě a metabolismu, které by se mohly stát terapeutickými cíli,“ říká vedoucí autor Alan Saghatelian, profesor a držitel židle Dr. Frederik Paulsen v SALK.

„Tyto nové screeningové technologie nám umožňují odhalit zcela novou úroveň biologické regulace poháněné mikroproteiny. Čím více promítáme, tím více mikroproteinů spojených s nemocí najdeme a tím více potenciálních cílů máme pro budoucí vývoj léčiv.“

Terapeutika současné obezity a metabolické poruchy

Když náš Spotřeba energie Překračuje naše energetické výdaje, tukové buňky mohou růst jak ve velikosti, tak i čísle. Tukové buňky ukládají přebytečnou energii ve formě mastných molekul zvaných lipidy. Ale zatímco některé nadbytečné skladování je zvládnutelné, příliš mnoho může způsobit, že se kolem těla hromadí tukové usazeniny-vedoucí k zánětu celého těla a dysfunkci orgánů.

Tento složitý systém skladování energie reguluje mnoho faktorů. Problém je, jak je všechny najdeme a jak filtrujeme faktory, které mohou být dobrými terapeutickými kandidáty?

Pro vědce Salk to byla dlouhodobá otázka. Ve skutečnosti, profesor Salk Ronald Evans, na něm pracuje po celá desetiletí. Evans je odborník na PPAR gama, klíčový regulátor vývoje tukových buněk a silným cílem pro léčbu diabetu.

Bylo vyvinuto několik léků, které se zaměřují na PPAR gama k léčbě obezity, ale vyústily v vedlejší účinky, jako je přírůstek hmotnosti a ztráta kosti. Ideální terapeutika obezity na bázi PPAR gama musí na trh ještě zasáhnout.

Když drogy PPAR gama nedosáhly, do scény vstoupily léky GLP-1. GLP-1 je peptid dostatečně malý, aby byl považován za mikroprotein, a slouží jako regulátor cukru v krvi a chuti k jídlu. Ale stejně jako PPAR gama, léky GLP-1 mají své vlastní nedostatky, jako je ztráta svalů a nevolnost. Popularita léčiv GLP-1 však prokazuje slibnou budoucnost léků na mikroproteiny v terapeutickém prostoru obezity.

Saghatelianův tým nyní hledá další mikroproteinový terapeutický s novými genetickými nástroji, které mikroproteiny vycházejí z „tmy“. Po mnoho let byly dlouhé úseky genomu považovány za „nezdravé“, a tak zůstaly neprozkoumané. Nedávný technologický pokrok však umožnil vědcům podívat se na tyto temné sekce a najít skrytý svět mikroproteinů – na otočení, rozšiřující knihovny proteinů o 10 až 30%.

Tým Salk zejména používá inovativní screening CRISPR k prozkoumání „tmavé“ pro možné mikroproteiny. Tento přístup umožňuje současný objev tisíců potenciálních mikroproteinů zapojených do ukládání lipidů a biologie tukových buněk, což zrychluje hledání dalšího léčiva PPAR nebo GLP-1.

Jak screening CRISPR urychluje hledání mikroproteinů

CRISPR obrazovky fungují tím, že vyříznou geny zájmu o buňky a pozorováním, zda buňka prospívá nebo zemře bez nich. Z těchto výsledků mohou vědci určit význam a funkci specifických genů. V tomto případě se tým SALK zajímal o geny, které mohou kódovat mikroproteiny zapojené do diferenciace nebo proliferace tukových buněk.

„Chtěli jsme vědět, jestli ve všech těch letech výzkumu metabolických procesů těla chybělo něco, co nám chybělo,“ říká první autor Victor Pai, postdoktorandský výzkumný pracovník v Saghatelianově laboratoři.

„A CRISPR nám umožňuje vybrat zajímavé a funkční geny, které konkrétně ovlivňují akumulaci lipidů a vývoj tukových buněk.“

Tento nejnovější výzkum navazuje na předchozí studii ze Saghatelianovy laboratoře. Předchozí studie identifikovala tisíce potenciálních mikroproteinů analýzou řetězců RNA kódujících mikroproteiny odvozené z myších tukových tkání. Tyto řetězce RNA kódující mikroproteiny byly podány, aby se čekaly na vyšetřování jejich funkcí.

Nová studie poprvé rozšířila tuto sbírku tak, aby zahrnovala další mikroproteiny identifikované z modelu buněčného tuku. Zejména tento nový model zachycuje proces diferenciace z buňky před tukem do plně zralé tukové buňky. Dále vědci prověřili buněčný model CRISPR, aby zjistili, kolik z těchto potenciálních mikroproteinů bylo zapojeno do diferenciace nebo proliferace tukových buněk.

„Nejsme první, kdo promítá mikroproteiny s CRISPR,“ dodává Pai, „ale jsme první, kdo hledal mikroproteiny zapojené do proliferace tukových buněk. Je to obrovský krok pro výzkum metabolismu a obezity.“

Mikroproteiny zájmu a další kroky

Pomocí svého modelu myší a screeningového přístupu CRISPR identifikoval tým mikroproteiny, které mohou být zapojeny do biologie tukových buněk. Poté ještě více zúžili fond dalším experimentem, aby vytvořili užší seznam 38 potenciálních mikroproteinů zapojených do tvorby lipidových kapiček – což naznačuje zvýšení skladování tuků – během diferenciace tukových buněk.

V tomto okamžiku byly mikroproteiny zařazeny do užšího výběru všech „potenciálních“ mikroproteinů. Je to proto, že genetický screening najde geny, které mohou kódovat mikroproteiny, spíše než najít samotné mikroproteiny. I když tento přístup je užitečným řešením k nalezení mikroproteinů, které jsou jinak tak malé, že se vyhýbají zachycení, také to znamená, že promítané mikroproteiny vyžadují další testování, aby potvrdily, zda jsou funkční.

A to je to, co tým Salk udělal dál. Vybrali několik mikroproteinů zařazených do užšího výběru, aby se testovali a byli schopni jeden ověřit. PAI předpokládá tento nový mikroprotein zvaný adipocyt-Smorf-1183, ovlivňuje tvorbu lipidových kapiček v tukových buňkách (známých také jako adipocyty).

Ověření adipocytů-SMORF-1183 je vzrušujícím krokem k identifikaci více mikroproteinů zapojených do akumulace lipidů a regulace tukových buněk v obezitě. Rovněž to ověří, že CRISPR je účinným nástrojem pro nalezení mikroproteinů zapojených do biologie tukových buněk, obezity a metabolismu.

„To je cíl výzkumu, že?“ říká Saghatelian. „Pokračujete. Je to neustálý proces zlepšování, protože vytváříme lepší technologii a lepší pracovní postupy, abychom zvýšili objev a nakonec terapeutické výsledky po linii.“

Dále vědci opakují studii s lidskými tukovými buňkami. Rovněž doufají, že jejich úspěch inspiruje ostatní k tomu, aby používali CRISPR promítání, aby pokračovali v přinášení mikroproteinů z tmy-jako adipocyt-Smorf-1183, který byl dosud považován za nedůležité kousek „nezdravé“ DNA.

Další validace nebo screening nových buněčných knihoven rozšíří seznam potenciálních kandidátů na léky a stanoví fázi pro novou a vylepšenou terapeutiku obezity a metabolické poruchy budoucnosti.