Исследователи рассказали, что опасные кисты, которые появляются со временем при поликистозе почек (ПБП), могут быть предотвращены одним обычным экземпляром дефективного гена. Это означает, что потенциально ученые могут создать генную терапию для лечения этого заболевания. Они также обнаружили, что определенный тип препарата, известный как гликозид, может обойти воздействие дефектного гена при ПБП. Эти открытия могут заложить основу для новых терапевтических подходов к лечению ПБП, которая затрагивает миллионы людей по всему миру.
Ученые использовали генную терапию и трехмерные модели человеческих клеток для изучения генетики ПБП, которая является угрожающим жизни наследственным заболеванием почек, при котором дефект гена приводит к расширению микроскопических канальцев в почках, подобно воздушным шарикам, образуя кисты на протяжении десятилетий. Кисты могут вытеснять здоровую ткань, вызывая проблемы с функцией почек и почечную недостаточность. Большинство людей с ПБП рождаются с одним здоровым экземпляром гена и одним дефективным в своих клетках.
"Изучение ПБП было очень сложным из-за того, что кисты образуются годами и десятилетиями," — сказал старший автор исследования Бенджамин Фридман. "Эта новая платформа наконец-то дает нам модель для изучения генетики заболевания и, надеюсь, начнет давать ответы миллионам людей, страдающим от этого заболевания."
Чтобы лучше понять генетические причины образования кист при поликистозе почек, Фридман и его коллеги попытались определить, будут ли образовываться кисты в трехмерных мини-органоидах человеческих почек с одним нормальным и одним дефективным экземпляром гена.
Для создания органоидов, содержащих клинически значимые мутации, исследователи использовали технику редактирования генов для создания мутаций в определенных местах генов PKD1 и PKD2 в человеческих стволовых клетках. Они сосредоточились на четырех типах мутаций в этих генах, которые, как известно, вызывают поликистозную болезнь почек, нарушая производство белка поликистина. Нарушения в двух типах этого белка — поликистина-1 и поликистина-2 — связаны с наиболее тяжелыми формами ПБП.
Затем ученые сравнили клетки с двумя мутациями генов в органоидах с клетками, у которых была только одна мутация гена. В некоторых случаях они также использовали генную терапию для исправления мутаций в одном из двух экземпляров гена, чтобы посмотреть, как это повлияет на образование кист. Ученые обнаружили, что органоиды с двумя дефективными экземплярами гена всегда образовывали кисты, а те, которые несли один хороший экземпляр гена и один плохой, не образовывали кисты.
"Мы не знали, достаточно ли иметь мутацию гена только в одном экземпляре, чтобы вызвать ПБП, или нужен второй фактор, такой как другая мутация или острая почечная травма," — сказал Фридман. "Неясно, каким будет такой триггер, и до сих пор у нас не было хорошей экспериментальной модели для человеческого ПБП."
По мнению Фридмана, клетки с одним здоровым экземпляром гена производят только половину нормального количества поликистина-1 или поликистина-2, но этого достаточно, чтобы предотвратить образование кист. Он добавил, что результаты указывают на необходимость второго триггера и что предотвращение этого второго удара, возможно, сможет предотвратить заболевание.
Модели органоидов также предоставили первую возможность изучить эффективность класса препаратов, известных как эукариотические рибосомные селективные гликозиды, на образование кист при поликистозе почек.
"Эти соединения будут работать только на одноместных мутациях, которые часто встречаются у пациентов с ПБП," — пояснил Фридман. "Они не должны работать на каких-либо моделях мышей и не работали в наших предыдущих моделях органоидов болезни. Нам нужно было создать такую мутацию в экспериментальной модели, чтобы проверить препараты."
Команда Фридмана обнаружила, что препараты могли восстановить способность генов производить поликистин, увеличивая уровни поликистина-1 до 50% и предотвращая образование кист. Даже после того, как кисты образовались, добавление препаратов замедляло их рост.
Фридман предложил, что следующим шагом будет тестирование существующих препаратов гликозидов на пациентах. Ученые также могут исследовать использование генной терапии в качестве лечения ПБП.