Изучая нервные клетки и клетки печени, выращенные из индуцированных пациентами плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), исследователи Института Уайтхеда определили потенциальный двусторонний подход к лечению болезни Ниманна-Пика типа C (NPC), редкого, но разрушительного генетического заболевания.
По данным Национального института здоровья (NIH), примерно 1 из 150 000 рожденных детей страдает NPC, наиболее распространенным вариантом Ниманна-Пика. Дети с NPC испытывают аномальное накопление холестерина в печени и нервных клетках, что приводит к печеночной недостаточности, нейродегенерации и, в конечном итоге, к смерти, часто в возрасте до 10 лет.
Хотя в настоящее время не существует эффективного лечения болезни NPC, клинические испытания, изучающие потенциальные эффекты снижения холестерина циклодекстрина у пациентов с NPC, продолжаются. Однако исследования, проведенные в лаборатории члена-основателя Уайтхеда Рудольфа Яениша под руководством Доротеи Матезель и Сована Саркара, показывают, что высокие дозы на самом деле могут быть вредными. Об этом и других выводах сообщается на этой неделе в журнале Stem Cell Reports.
"На этих уровнях циклодекстрина (в клинических испытаниях) Мэтцель и ее соавторы показали, что клетки сталкиваются с дальнейшим блоком аутофагии, который может быть пагубным," говорит Яениш, который также является профессором биологии Массачусетского технологического института. "Но когда они используют его в более низкой дозе в сочетании с другой небольшой молекулой, карбамазепином, который стимулирует аутофагию, он значительно улучшает выживаемость клеток. Такой подход снижает уровень холестерина и одновременно восстанавливает дефекты аутофагии. Это может быть новый вид лечения болезни NPC."
Чтобы прояснить, что не так в NPC, и определить потенциальные терапевтические средства, которые могут исправить эти проблемы, Maetzel создал ИПСК у пациентов с наиболее распространенной генетической мутацией, вызывающей NPC. Она создала ИПСК, переводя клетки кожи, пожертвованные пациентами, обратно в состояние, подобное эмбриональным стволовым клеткам. Эти ИПСК были дифференцированы в клетки печени и нейронные клетки, типы клеток, наиболее затронутые при НПК. Вместе с Хаойи Ван, постдокторским исследователем в лаборатории Яениша, она затем исправила одну копию причинной мутации в гене NPC1, чтобы создать контрольные клетки, геномы которых отличаются только в одной отредактированной копии гена.
Когда Мэтцель и Саркар проанализировали клеточные функции в мутантных по NPC1 и контрольных линиях клеток, они определили, что, хотя холестерин действительно накапливается в мутантных NPC1-клетках, более серьезной проблемой является дефектная аутофагия – основная клеточная функция, которая деградирует и перерабатывает ненужные или дефектные молекулы, компоненты или органеллы в клетке. Нарушение аутофагии препятствует нормальному удалению его груза, такого как поврежденные органеллы или другие субстраты, такие как p62, который затем накапливается и повреждает клетки. Это открытие подтверждает предыдущую работу лаборатории Яениша, связывающую мутацию NPC1 с дефектной аутофагией в клетках мыши.
"Дисфункция аутофагии имеет серьезные последствия для ряда нейродегенеративных и определенных заболеваний печени, и поэтому модуляторы аутофагии имеют огромное биомедицинское значение", говорит Саркар. "Мы хотели провести скрининг соединений, стимулирующих аутофагию в клетках человека, имеющих отношение к заболеванию, и показать положительные эффекты такого подхода в контексте нарушения липидного / лизосомального накопления."
Мэтцель и Саркар использовали два типа пораженных болезнью клеток человека для скрининга соединений, которые, как известно, улучшают аутофагию, но не влияют на путь рапамицина у млекопитающих (mTOR), который выполняет критические клеточные функции и также контролирует аутофагию. Они обнаружили только один, способный запустить аутофагию независимо от mTOR как в печени, так и в нервных клетках. Когда этот препарат, карбамазепин, который является стабилизатором настроения, назначаемым при биполярном расстройстве, был добавлен в сочетании с низкими дозами циклодекстрина, как накопление холестерина, так и дефекты аутофагии были спасены в NPC-мутировавших клетках.
"Отсюда эту комбинацию лекарств следует протестировать на животных моделях, чтобы увидеть, оказывает ли она положительный эффект," говорит Мэтцель. "Карбамазепин был одобрен FDA для других целей, в то время как циклодекстрин в настоящее время проходит клинические испытания для лечения NPC, поэтому мы надеемся, что это ускорит процесс тестирования. Я оптимистично настроен в отношении того, что использование типов клеток человека, пораженных болезнью, для выявления сильнодействующих соединений, приближает нас на один шаг к клинике. Результаты этого подхода к скринингу на основе конкретных типов клеток могут иметь большое значение для других заболеваний человека."