Диабет 1 типа возникает, когда собственная иммунная система человека разрушает вырабатывающие инсулин бета-клетки в поджелудочной железе. В последние годы ученые научились выращивать большие объемы замещающих бета-клеток, но исследователи все еще пробуют множество вариантов защиты этих клеток от иммунной атаки. Исследователи Центра диабета Джослин обнаружили необычную стратегию, которая в конечном итоге может помочь защитить такие пересаженные бета-клетки или замедлить первоначальное начало болезни.
Исследования на мышах и клетках человека показали, что нацеливание на белок, называемый реналаза, может защитить бета-клетки от аутоиммунной атаки, укрепив их против стресса, – говорит Стефан Кисслер, исследователь из секции иммунобиологии Джослина, доцент медицины Гарвардской медицинской школы. и соавтор статьи, описывающей работу в Nature Metabolism.
Кисслер, соавтор Пэн И, доктор философии.D., и их коллеги также продемонстрировали, что существующий одобренный FDA препарат ингибирует реналазу и увеличивает выживаемость бета-клеток на этих лабораторных моделях.
Исследование Джослина присоединяется к растущему набору доказательств того, что функциональные проблемы с самими бета-клетками могут помочь спровоцировать аутоиммунную атаку при диабете 1 типа, говорят Кисслер и Йи, помощники исследователя в Секции островковых клеток и регенеративной биологии. "У вас могут быть гены, которые делают бета-клетку немного дисфункциональной и более склонной к тому, чтобы стать мишенью для иммунной системы," Кисслер объясняет.
Исследование началось с случайного разговора в коридоре между Кисслером и И о потенциальных способах защиты бета-клеток от аутоиммунной атаки. Эти двое закончили тем, что предприняли смелую авантюру, чтобы попытаться подавить гены в геноме, по одному, используя методику скрининга, основанную на методе редактирования генов CRISPR, с линией бета-клеток из "диабетик без ожирения" (NOD) мышь, моделирующая диабет 1 типа. "CRISPR-скрининг всего генома – мощный инструмент для открытия новых целей, и мы надеялись, что он поможет нам найти любые мутации, защищающие бета-клетки," Йи говорит.
CRISPR-скрининг выживших бета-клеток произвел дюжину интересующих генов. Самым поразительным был ген реналазы, который, как показали предыдущие исследования, связан с диабетом 1 типа.
Затем исследователи создали бета-клетки мышей NOD, некоторые из которых функционально имеют ген реналазы "выбит" а некоторые нет. Они трансплантировали эти клетки мышам NOD с аутоиммунным диабетом.
Интактные бета-клетки погибли, но клетки, нокаутировавшие реналазу, выжили. "Это была очень черно-белая исследовательская модель," Кисслер комментарии. "Если клетки не защищены, они ушли."
Затем исследователи посмотрели, вызывают ли клетки, лишенные гена реналазы, снижение ответа со стороны Т-иммунных клеток (которые возглавляют аутоиммунную атаку) в чашке. Ученые обнаружили, что один тип Т-клеток с меньшей вероятностью атакует эти нокаут-клетки, чем нормальные бета-клетки.
Но что замедляло это аутоиммунное нападение?
В более ранней работе по анализу выживаемости бета-клеток Йи проанализировал, как клетки реагируют на состояние, называемое стрессом эндоплазматического ретикулума (ЭР). Теперь, когда команда опробовала три способа введения ER-стресса в бета-клетки мыши в чашке, исследователи увидели, что мутация реналазы защищает от этого состояния.
На следующем этапе, чтобы увидеть, работают ли те же механизмы в клетках человека, команда объединилась с Дугласом Мелтоном из Гарвардского отдела стволовых клеток и регенеративной биологии, чтобы создать человеческие бета-клетки для аналогичных тестов в чашке. "Опять же, мы увидели, что нокаут реналазы защищает клетки от стресса ER," Кисслер говорит.
Функции реналазы не совсем понятны, но Йи и Кисслер знали, что белок является ферментом (на который часто могут воздействовать лекарственные соединения), и что другие ученые создали трехмерную кристаллическую структурную карту белка.
Задаваясь вопросом, даст ли эта карта ключи к разгадке соединения, которое может воздействовать на реналазу, исследователи Джослина начали работать с Селией Шиффер из Медицинской школы Массачусетского университета. Структурные биологи из основного центра разработки лекарств на основе структуры вскоре заметили, что реналаза очень похожа на другой фермент, который ингибируется существующими лекарствами, включая один препарат, известный как паргилин, который был одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов & Управление лекарств почти 60 лет назад для лечения гипертонии.
По словам Кисслера, тестируя паргилин на модели трансплантата мыши, исследователи Joslin обнаружили, что препарат очень хорошо защищает бета-клетки. Изучая его на самих бета-клетках мышей, ученые продемонстрировали, что паргилин действительно защищает от стресса ER. В экспериментах с клетками человека паргилин также проявлял защитный эффект.
Кисслер и Йи надеются протестировать паргилин в пилотном клиническом исследовании, чтобы увидеть, замедляет ли он развитие диабета 1 типа у небольшого числа пациентов. "Поскольку он одобрен FDA и безопасен, это будет лучший способ проверить, будет ли защита, которую мы наблюдали у мышей и человеческих клеток, верной и у людей," Кисслер замечает. Если результаты исследований останутся положительными, их следующей целью будет найти поддержку отрасли для разработки низкомолекулярного препарата, который обеспечивает даже лучшую защиту, чем паргилин.