Zespół naukowców z UT Southwestern Medical Center odkrył nowy sposób na regenerację mięśnia sercowego u myszy. Wyniki badań opublikowane w Science mogą doprowadzić do opracowania nowej strategii ochrony pacjentów kardiologicznych. Kluczowe okazało się zastosowanie techniki edycji genów CRISPR/Cas9.
Czytaj też: Odkryto system CRISPR/Cas sprzed 2,6 mld lat. To może być nowa era edycji genów
Prof. Eric Olson, dyrektor Hamon Center for Regenerative Science and Medicine, mówi:
Zazwyczaj pozbawienie serca tlenu przez dłuższy czas – co często ma miejsce w przypadku zawału – znacznie je uszkadza. Ale te zwierzęta, których mięśnie sercowe zostały poddane edycji genów po indukowanych atakach serca, wydają się normalnie funkcjonować w tygodniach i miesiącach po tym zdarzeniu.
Serce jak nowe?
Od czasu odkrycia systemu CRISPR/Cas9 dekadę temu, technika ta jest wykorzystywana przez naukowców do korygowania mutacji genetycznych odpowiedzialnych za choroby, np. dystrofię mięśniową Duchenne’a. Choroby wywołane mutacjami dotykają stosunkowo niewielkich grup ludzi, podczas gdy choroby niegenetyczne dotykają milionów na całym świecie. Dobrym przykładem są choroby układu krążenia – główna przyczyna śmierci na świecie – zabijające ok. 19 mln ludzi każdego roku.
Naukowcy odkryli, że wiele uszkodzeń spowodowanych zawałem serca – zdarzeniem charakteryzującym się zablokowaniem naczyń krwionośnych zasilających ten organ, co pozbawia je tlenu – jest spowodowanych nadmierną aktywacją genu CaMKIIδ. Odgrywa on wiele ról w sygnalizacji i funkcjonowaniu kardiomiocytów (komórek serca) – jego nadaktywność jest stymulowana przez czynniki stresowe, do których dochodzi w wyniku utleniania dwóch aminokwasów metioniny, które tworzą część białka CaMKIIδ. Uczeni odkryli, że gdyby te metioniny zostały przekształcone w inny aminokwas, nie doszłoby do ich utleniania, co uchroniłoby serce przed nadmierną aktywacją CaMKIIδ i późniejszymi uszkodzeniami po zawale.
Aby przetestować ten pomysł, uczeni użyli techniki CRISPR/Cas9 do edycji CaMKIIδ w ludzkich komórkach serca rosnących w szalce Petriego. Testy wykazały, że gdy nieedytowane kardiomiocyty umieszczono w komorze o niskiej zawartości tlenu, pojawiły się w nich liczne markery uszkodzeń, a następnie doszło do obumarcia. Edytowane komórki były chronione przed uszkodzeniami i przeżyły.
Następnie przeprowadzono podobny eksperyment na żywych myszach, stymulując u nich zawał serca. Zarówno gryzonie, które poddano edycji genów, jak i te bez interwencji, miały poważnie upośledzoną funkcję serca w ciągu pierwszych 24 godzin po zawale. Jednak podczas gdy u myszy bez CRISPR/Cas9, stan ten pogarszał się w miarę upływu czasu, u tych poddanych procedurze edycji genów następowała stopniowa poprawa w ciągu następnych kilku tygodni, aż do osiągnięcia funkcji serca niemal nie do odróżnienia od tej sprzed zawału.
Czytaj też: Wyhodują nowe serce w laboratorium? Nie tak szybko, choć wykonaliśmy ważny krok ku temu
Naukowcy wykazali, że prawie rok po zakończeniu terapii, nie wystąpiły żadne jej negatywne efekty uboczne. Leczenie okazało się trwałe – myszy z edytowanym genem CaMKIIδ były w stanie wykonywać ciężkie ćwiczenia podobne do tych, które nigdy nie przeszły zawału serca. Chociaż do etapu badań klinicznych z udziałem ludzi droga daleka, naukowcy wierzą, że edycja genów może stanowić obiecujące rozwiązanie w leczeniu pacjentów kardiologicznych.