Согласно исследованию, проведенному учеными из Центра сердечно-сосудистых исследований Медицинской школы Икана на горе Синай, генная терапия может вырезать генетический материал, связанный с сердечной недостаточностью, и заменить его нормальным геном в сердечных клетках человека. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications от 29 апреля.
"Генетические мутации, небольшие случайные изменения в генетическом коде, составляющем гены, являются основными виновниками ослабления сердечной мышцы, наблюдаемого у пациентов с сердечной недостаточностью," говорит Роджер Дж. Хаджар, доктор медицины, директор Центра сердечно-сосудистых исследований на горе Синай Сердце в Медицинской школе Икан на горе Синай. "Результаты нашего исследования показывают, что определенные формы сердечной недостаточности теперь могут быть нацелены на новый вид генной терапии, которая действует как «молекулярные ножницы», вырезая мутацию и вставляя вместо нее нормальный генетический код."
Кардиомиопатии – это заболевания ослабленной сердечной мышцы, которые могут привести к увеличению сердца и сердечной недостаточности. Заболевания часто наследуются генетически. Ряд унаследованных генных мутаций был связан с кардиомиопатиями, включая мутации в гене фосфоламбана (PLN), который является важным регулятором функции здоровых сердечных клеток и их кальциевого цикла. Кальций является важным минералом для клеток сердечной мышцы, чтобы правильно сокращаться и перекачивать кровь от сердца к остальным частям тела.
Мутация R14del в гене PLN была обнаружена в ряде семей с генетической сердечной недостаточностью. Мутация связана с расширением сердечной мышцы, дисфункциональным сокращением сердечной мышцы, опасными аритмиями и развитием сердечной недостаточности к среднему возрасту.
В ходе исследования группа исследователей собрала образцы клеток кожи пациента с сердечной недостаточностью, имеющего мутацию R14del. Затем в лаборатории клетки кожи пациента трансформировали в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). Эти стволовые клетки, которые несут в себе генетику пациента с сердечной недостаточностью, затем были дифференцированы из клеток кожи в специализированные клетки сердечной мышцы, называемые кардиомиоцитами (ИПСК-КМ), которые также несут генетическую историю пациента.
Исследование этих бьющихся сердечных клеток в лабораторной посуде подтвердило, что мутация R14del вызывает общие аномалии, связанные с сердечной недостаточностью, включая: неправильную перекачку кальция в клеточные компартменты, что может привести к увеличению ткани сердечной мышцы, электрическую нестабильность, которая может вызывать аритмии, и молекулярные маркеры, которые может привести к утолщению сердечной мышцы.
Для исправления генной мутации кардиомиоцитов исследователи успешно использовали два новых метода. Во-первых, они использовали специально разработанные эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции, называемые TALEN, для нацеливания и устранения наличия заболевания, связанного с R14del, в сердечных клетках. Этот метод геномной инженерии вырезал больной ген и заменил его нормальным геном PLN, что привело к нормально функционирующим кардиомиоцитам.
Во-вторых, они использовали подход генной терапии аденоассоциированного вирусного вектора (AAV) с удалением вредной части вируса, чтобы безопасно воздействовать на внутреннюю часть сердечных клеток и нокаутировать аномальный ген PLN в сердечных клетках и одновременно экспрессировать нормальный ген PLN. успешно вылечить болезнь. Этот метод работает в пораженных сердечных клетках, подавляя экспрессию больного гена и экспрессируя нормальные белки PLN. Этот подход генной терапии также скорректировал функциональные аномалии сердечных клеток.
"Наши результаты предлагают потенциально новые стратегии для нацеливания и прерывания пути мутации, вызывающей заболевание, связанной с кардиомиопатиями и сердечной недостаточностью," говорит доктор. Хаджар. "Теперь, когда мы исправили эту аномалию гена сердечной недостаточности в сердечных клетках человека, наши исследования будут продвигаться вперед для дальнейшего тестирования этого подхода in vivo на животных и доклинических исследований. Мы с нетерпением ждем возможности когда-нибудь протестировать этот подход к генной терапии, чтобы исправить аномалию генов у пациентов с сердечной недостаточностью."
"Это крупный прорыв в молекулярной медицине, который открывает путь для будущих исследований в области персонализированной терапии пациентов с сердечной недостаточностью, направленных на конкретную коррекцию их дефектных генов," говорит соавтор исследования Лица Краниас, доктор философии из Университета Цинциннати, которая впервые обнаружила мутацию R14del гена PLN в греческой семье.
"Это открытие имеет огромное значение для пациентов с наследственным заболеванием сердца в Нидерландах, поскольку около 10 процентов наших пациентов с дилатационной или аритмогенной кардиомиопатией несут именно эту мутацию-основатель," говорит Фолкерт В. Ассельбергс, доктор медицинских наук, FESC, отделение кардиологии, отделение сердца & Медицинский центр Университета легких в Утрехте, Нидерланды, предоставивший исследовательской группе образцы сердечных клеток пациентов R14del PLN. У населения Нидерландов высокая распространенность этой мутации.