Jak miniaturní prasata pomáhají lidem

17 / 11 / 2013

Huntingtonova choroba a její výzkum v Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AVČR v Liběchově

prase_laparoHuntingtonova choroba je fatální neurodegenerativní onemocnění s celosvětovou frekvencí výskytu zhruba 5-10 nemocných na 100 000 obyvatel. Jedná se o autosomálně dominantně dědičné onemocnění, což znamená 50% riziko přenosu nemoci pro všechny děti postiženého rodiče. První příznaky se nejčastěji objevují ve středním věku, ovšem existují i formy s pozdním začátkem nebo naopak s počátkem ve velmi mladém věku. Ty jsou však vzácnější a i klinická manifestace bývá trochu odlišná. Mezi nejvýraznější symptomy u klasické formy patří mimovolní pohyby choreatického charakteru (kroutivé taneční pohyby končetin a celého těla), odtud pramení též druhý běžně užívaný název této nemoci – Huntingtonova chorea. Mezi další symptomy patří nejrůznější psychiatrické příznaky jako deprese, úzkosti, psychotické projevy, atd. Dále pozorujeme postupný úbytek kognitivních funkcí přecházející v demenci, poruchy řeči a polykání.  Jak nemoc postupuje, pacient se stává zcela závislým na péči svého okolí, postupně je upoután na lůžko, výrazně hubne a umírá nejčastěji do 15 – 20 let od diagnózy.

Příčinou výše uvedených symptomů je postupné odumírání neuronů v části mozku zvané striatum a také v mozkové kůře. K tomuto úbytku dochází již mnoho let před nástupem prvních zřetelných příznaků, ty se objevují až ve chvíli, kdy již mozek nedokáže ztrátu těchto neuronů kompenzovat. Po dlouhou dobu se na Huntingtonovu chorobu pohlíželo právě pouze jako na neurodegenerativní onemocnění postihující jen mozek, nyní však víme, že k různým změnám dochází prakticky ve všech tkáních těla. Všechny tyto faktory pak přispívají k fatálnímu obrazu pokročilého stadia nemoci.

Příčinou Huntingtonovy choroby je mutace v genu pro protein huntingtin na krátkém raménku 4. chromosomu (v oblasti 4p16.3). Podstatou mutace je expanze CAG tripletu (tří za sebou jdoucích bází) v jedné části tohoto genu, v exonu 1. CAG triplet (cytosin-adenin-guanin) kóduje aminokyselinu glutamin a zdravých jedinců se v této oblasti genu nachází nejčastěji 10-26 CAG opakování, tzv. polyglutaminový úsek. U nemocných pak nacházíme více než 36 CAG, přičemž ve velkém procentu platí, že čím více tripletů, tím dříve se nemoc objeví a bude mít fatálnější průběh.  Lidé s 27 – 35 triplety nesou tzv. intermediární alelu, tedy jsou sice sami zdraví, ale existuje zde velké riziko nestability při přenosu na další generaci, jejich potomci se tedy mohou dostat až za hranici 36 tripletů a v průběhu života onemocnět. Touto nestabilitou mezi generacemi si vysvětlujeme i vznik nových mutací v rodinách, kde se dosud Huntingtonova choroba nikdy v minulosti neobjevila. Zajímavé je, že nestabilita polyglutaminového úseku genu, tedy i riziko jeho prodloužení až za patologickou hranici, je mnohem častější při přenosu genu od otce. Ten samý fenomén vídáme i u jiných onemocnění způsobených CAG expanzemi, důvod zatím není zcela jasný.

Protein huntingtin hraje za normálních okolností v buňce a potažmo v celém organismu velice významnou roli, a to jak v dospělých buňkách, tak během zárodečného vývoje. Usuzujeme tak z toho, že pokud jsou obě jeho kopie experimentálně (na myších modelech) vyřazeny z funkce, velmi brzo dojde k zástavě vývoje zárodku a embryo umírá. Huntingtin je produkován prakticky ve všech tkáních a buňkách těla, kde plní specifické funkce, které jsou velmi široké. Víme, že se účastní regulace přepisu DNA v buňce, energetického metabolismu prostřednictvím ovlivnění funkce mitochondrií, dále také na přenosu látek uvnitř buňky, ovlivňuje také produkci mnoha jiných proteinů v buňce, adaptaci na poškození a oxidativní stres a též programovanou buněčnou smrt - apoptózu. Prodloužení polyglutaminového úseku díky CAG expanzi pak mění klíčové vlastnosti proteinu a poškozuje jeho funkci. Protein se navíc, jak se zdá, stává sám o sobě pro buňku toxickým, postupem času stále více ovlivňuje její funkce a metabolismus a v momentě, kdy již buňka není schopna tato poškození kompenzovat, umírá. Neurony určitých částí mozku jsou pak vůči působení mutovaného proteinu citlivější a umírají jako první.

Žádná kauzální léčba v současné době i přes intenzivní výzkum neexistuje, dokážeme pouze na nějaký čas zmírnit jednotlivé symptomy onemocnění. Důležitá je v tomto případě mezioborová spolupráce zahrnující neurologickou, psychiatrickou, logopedickou a rehabilitační péči a v neposlední řadě též nutriční poradenství.

Výzkum v Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR v Liběchově

Celosvětově probíhá velmi intenzivní výzkum Huntingtonovy choroby s cílem najít kauzální léčbu nebo alespoň významně ovlivnit její průběh. Většina výzkumu probíhá na myších modelech, ovšem ukazuje se, že myš je přeci jen natolik vzdálená člověku, že některé zjištěné výsledky nelze dost dobře přenést do humánní medicíny a naopak. Myš žije ve srovnání s člověkem velmi krátkou dobu a neumožňuje tak detailní sledování především presymptomatického stadia nemoci, tedy před nástupem prvních zřetelných příznaků. Toto období je však velice důležité, protože víme, že diskrétní změny mohou být rozpoznatelné i mnoho let před vlastní diagnózou a mohli bychom podle nich předpovědět další vývoj a průběh nemoci. Také myší mozek má mnohem jednodušší stavbu než mozek člověka, a není proto vždy ke studiu vhodný. Stejně tak případné testování nových terapeutických postupů nemůže probíhat jen na hlodavcích, ale je potřeba větší a komplexnější zvířecí model.

Před 4 lety se v Ústavu živočišné fyziologie a genetiky Akademie věd ČR, kde již dlouhou dobu probíhá např. úspěšný výzkum modelu míšního poškození, podařilo vytvořit transgenní miniaturní prase nesoucí ve své genetické informaci gen pro lidský mutovaný huntingtin. Tento gen se do DNA prasečích embryí vpravil pomocí virových nosičů. Mechanismus působení většiny virů je totiž takový, že ke svému rozmnožení potřebují začlenit svou genetickou informaci do hostitelské DNA a využít mechanismů hostitelské buňky k jejímu přepisu a vytvoření nových virových částic. Této vlastnosti se proto hojně využívá ve výzkumu, když potřebujeme zakomponovat cizí gen do jiného organismu.

Takto vytvořená miniaturní prasata jsou schopná se zcela normálně rozmnožovat a stabilně přenášet vložený gen do dalších generací. V současné době již ústav disponuje 4 generacemi těchto transgenních prasat, což čítá zhruba okolo 80 jedinců. Prasečí model je k výzkumu velmi vhodný, protože miniaturní prase, které používáme, má zhruba stejné tělesné rozměry jako člověk, má komplexně vyvinutý centrální nervový systém a i na tkáňové a buněčné úrovni je prase velmi podobné člověku. Žije také mnohem déle než myš, můžeme proto detailně studovat jednotlivé změny v průběhu života. V současné době se snažíme podrobně zmapovat vývoj transgenních jedinců v porovnání se zdravými a najít jednotlivé diskrétní změny, které se u nich objeví ještě před nástupem hlavních neurologických příznaků. Všechna naše prasata jsou zatím v presymptomatickém stadiu nemoci. To nám právě dává možnost velmi detailně popsat toto období a všechny abnormality, které v organismu probíhají. Naše prasata pravidelně podstupují vyšetření mozku magnetickou rezonancí, vyšetření chůze, provádíme také pravidelnou analýzu imunologických parametrů, biopsie tkání a výzkum in vitro na buněčných liniích, včetně kmenových buněk.  V současné době se jako slibné markery ukazují některé reprodukční parametry, změny v energetickém metabolismu buněk a v aktivaci imunitního systému. Přestože se může na první pohled zdát, že tyto nálezy nejsou důležité při výzkumu neurodegenerativního onemocnění, opak je pravdou. Situace v periferních tkáních je do velké míry odrazem toho, co se děje v mozku, navíc víme, že protein huntingtin je produkován v celém těle a všechny tyto parametry nám umožní lépe pochopit jeho funkci a sledovat a předpovídat další vývoj nemoci. V neposlední řadě je prase též vynikajícím modelem k testování potenciálních terapeutických metod a možností zejména z oblasti genové terapie.

Tento výzkum dává samozřejmě prostor k efektivní mezinárodní spolupráci, proto jsme v kontaktu s výzkumnými skupinami v Německu, USA, Itálii a tuto spolupráci se snažíme neustále rozvíjet a rozšiřovat. Česká republika tak drží krok s ostatními výzkumnými centry ve světě a práce českých vědců je nadějí pro nemocné touto zatím nevyléčitelnou chorobou.

MUDr. Irena Lišková, MBA,  Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR, Liběchov
Neurologická klinika a Centrum klinických neurověd, Univerzita Karlova v Praze
1. lékařská fakulta a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze

 

Cookies nám pomáhají k Vaší spokojenosti

Tento web používá soubory cookies k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti.
Používáním tohoto webu s tím souhlasíte.

Další informace