Генная терапия сердечных приступов у мышей стала более точной.
Если люди когда-нибудь смогут восстановить поврежденные ткани так, как это обычно делают ящерицы и рыбы, потребуется точный контроль экспрессии генов во времени и месте, иначе вы можете получить случайные клетки, растущие повсюду, или новую часть тела, никогда не перестает расти. То есть остановить процесс так же важно, как и запустить его.
Группа ученых из Университета Дьюка, изучающая, как у других животных восстанавливаются поврежденные ткани, сделала важный шаг к контролю хотя бы одной части регенеративного механизма с такой точностью. Они использовали механизмы, на которые полагаются рыбки данио для восстановления повреждений сердца, в сочетании с вирусными векторами, используемыми для генной терапии у людей.
В новой статье, появившейся в сети 13 декабря в журнале Cell Stem Cell , исследователи демонстрируют способность контролировать активность генов в ответ на повреждение , ограничивая ее определенной областью ткани и в течение определенного временного окна, вместо того, чтобы быть постоянно активными в целый орган.
Они позаимствовали сегмент ДНК рыбы, который они назвали ДЕРЕВО, элемент, усиливающий регенерацию тканей. TREE представляют собой семейство энхансеров генов, включенных в геном, которые отвечают за обнаружение повреждения и управление активностью генов , связанных с репарацией, для реконструкции в определенном месте. Эти энхансеры также могут отключать активность генов по завершении заживления. Эти регуляторные элементы были обнаружены у дрозофил , червей и мышей, а также у рыбок данио.
«Вероятно, они у нас тоже есть», — сказал Кен Посс, доктор философии, почетный профессор регенеративной биологии Джеймса Б. Дьюка в Медицинской школе Дьюка, который обнаружил регенерацию сердца у рыбок данио два десятилетия назад и с тех пор изучает ее. «Но нам проще найти их у рыбок данио и спросить, работают ли они у млекопитающих».
Эти энхансерные последовательности длиной около 1000 нуклеотидов изобилуют сайтами распознавания различных факторов и стимулов для прикрепления и изменения активности генов. «Мы не до конца понимаем, как они это делают и на что на самом деле реагируют», — сказал Посс.
Посс сказал, что разные типы клеток внутри животного также имеют разные типы этих энхансеров. «Некоторые из них реагируют в нескольких тканях — это те, которые мы используем здесь. Но когда мы профилируем регенерирующий спинной мозг или плавники у рыб, мы получаем разные последовательности». Он добавил, что в геноме человека могут быть десятки тысяч таких типов энхансеров.
В качестве первого шага в этом 6-летнем исследовательском проекте исследователи включили несколько различных видов TREE рыбок данио в геномы эмбрионов мышей. Используя видимый маркер для индикации активности генов , они обнаружили, что около половины энхансеров работали по назначению и окрашивали ткани в синий цвет, когда и где они ощущали повреждение тканей у трансгенных млекопитающих.
Затем они хотели знать, могут ли они избирательно включать энхансерные элементы во взрослую мышь, используя аденоассоциированный вирус, знакомый инструмент генной терапии для введения последовательностей генов в клетки. Вирус вводил ДНК, содержащую энхансер, во все ткани, но надежда заключалась в том, что TREE станут активными только в ответ на повреждение.
Серия экспериментов на моделях сердечного приступа у мышей показала, что вирусы, содержащие TREE, могут быть введены за неделю до травмы, а затем энхансер начнет действовать при обнаружении травмы. Но они обнаружили, что он также работал, когда его вводили животному через день или два после сердечного приступа. «Все три TREE, которые мы тестировали, могут быть эффективными, если их доставить через день, а иногда и позже после травмы — они все еще могут нацеливаться на выражение травмы», — сказал Посс.
«Позволит ли этот метод доставки ДЕРЕВА и гена доставить молекулярный груз в нужное место в нужное время? Мы обнаружили, что это происходит у мышей», — сказал Посс.
Они также вирусно доставили TREE и ген флуоресцентного маркера свиньям, у которых сердце намного больше и частота сердечных сокращений больше похожа на человеческую. Они вводили вирусы в сердца свиней через коронарные артерии либо до, либо после сердечного приступа, и снова маркер светился только в месте повреждения.
Затем, чтобы увидеть, может ли эта система на самом деле восстанавливать повреждения, а не просто обнаруживать повреждения и включать ген, который освещает ткань, они доставили гиперактивированную форму YAP, мощного гена роста ткани, который связан с раком. Ключевой вопрос заключался в том, можно ли заарканить этот «действительно мощный молот», способный заставить деление клеток сходить с ума, только в нужное время и в нужном месте.
Они использовали мутировавший YAP, контролируемый TREE, чтобы увидеть, может ли у них быть безопасный рост мышц после сердечного приступа у мышей. «ДЕРЕВО включило мутировавший YAP на несколько недель прямо в месте повреждения, а затем естественно отключило экспрессию», — сказал Посс. Лечение заставило мышечные клетки начать делиться, и через несколько недель сердце мыши вернулось к почти нормальной функции, хотя и не без рубцов.
«Вы действительно не хотели бы выражать YAP на полную мощность, это может вызвать проблемы, такие как чрезмерный рост, но мы обнаружили, что можем управлять им», — сказал Посс. «Все животное получает генную терапию, но груз YAP экспрессируется на измеримых уровнях только тогда и там, где вы повреждаете сердце», — сказал Посс. «Мы думаем, что можем использовать эти методы для управления генами в определенное время и в определенном пространстве, включая их отключение».
Следующей задачей исследователей будет лучше понять, какие молекулы связываются с энхансерами, что контролирует их функции и где они расположены в геноме человека , а также улучшить их способность нацеливания.
«Эти элементы управления — вот что важно», — сказал Посс. «У рыбок данио в основном те же гены, что и у нас, но их способность регенерировать сердце зависит от того, как они контролируют эти гены после серьезной травмы».
«А как насчет других моделей травм?» Посс удивляется. «Может ли это работать при черепно-мозговой травме или повреждении спинного мозга?»
