Миотоническая дистрофия 1 типа (СД1) – наиболее распространенная мышечная дистрофия с началом у взрослых, которая поражает несколько систем органов. У людей с этим заболеванием развивается прогрессирующее мышечное истощение и слабость в нижних конечностях, руках, шее и лице. Их мускулы кажутся жесткими и напряженными, из-за чего они медленно расслабляют определенные мышцы и поэтому им трудно освободить руку от рукопожатия или дверной ручки. Кроме того, у людей с этим заболеванием могут быть усталость, мышечные боли, затрудненное глотание, катаракта, нарушения сердечного ритма и респираторные осложнения. В своей лаборатории в Медицинском колледже Бейлора доктор. Томас А. Купер лидирует, чтобы лучше понять это редкое, но разрушительное состояние.
"Мышечное истощение при этом заболевании, которое происходит на протяжении десятилетий, является причиной смерти 60 процентов пациентов," – сказал Купер, профессор патологии и иммунологии, молекулярной и клеточной биологии, молекулярной физиологии и биофизики в Медицинском колледже Бейлора. "В этом исследовании мы хотели разработать новую модель заболевания, которая позволила бы нам более подробно изучить истощение мышц."
DM1 вызван поразительной экспансией трехбуквенных повторов (CTG) в гене DMPK. В то время как здоровая популяция имеет от 5 до 37 повторов, у людей с этим заболеванием наблюдается от 50 до 3000 повторов. Транскрипты РНК, содержащие экспансию повтора CTG, накапливаются в ядре клетки. Это нарушает нормальную клеточную обработку и распределение молекул, таких как белки, подобные мышечным слепым (MBNL), и вызывает повышенную регуляцию других, таких как белок CELF1. Эти изменения приводят к аномальному альтернативному сплайсингу, который, как считается, играет центральную роль в развитии СД1. Однако, как эти изменения, вызванные расширением повтора CTG, приводят к истощению мышц, до сих пор полностью не изучено.
"Мы думаем, что современные модели СД1 на животных не предоставляют исследователям полного и практического инструмента для изучения механизмов, участвующих в потере мышечной массы," сказал доктор. Джинни Моррис, научный сотрудник лаборатории Купера и первый автор этой работы. "У этого заболевания много разных компонентов. Современные модели на животных имеют некоторые молекулярные компоненты, но физиологические компоненты, то, что происходит с тканью, в основном отсутствуют. Мы хотели разработать модель DM1 на мышах, которая четко демонстрирует потерю мышечной массы, и реализовать стратегию, которая позволила бы нам изучить пути, участвующие в истощении мышц."
Мышь-модель обратимого DM1
Исследователи с помощью генной инженерии создали специфичную для скелетных мышц модель DM1 у мышей, которая позволила им вызывать развитие болезни по своему желанию. При индукции мыши экспрессировали 960 повторов CUG определенной области гена DMPK человека, а транскрипты РНК, содержащие экспансию повторов CUG, накапливались внутри ядра клетки, запуская цепь событий, которые приводили к прогрессирующему истощению мышц. Когда исследователи «отключили» экспрессию 960 повторов CUG, накопление РНК и потеря мышц постепенно вернулись.
В этой модели исследователи увидели альтернативное сращивание, которое соответствовало результатам предыдущих исследований, которые коррелировали его со слабостью мышц. Они также подтвердили изменения сигнального пути, которые ранее были обнаружены другими. Важно отметить, что они увидели изменения сигнального пути, которые не были описаны ранее. Эти новые изменения стратифицированы в зависимости от того, насколько серьезным было мышечное истощение у мышей, показывая четкую связь между конкретными сигнальными путями и потерей мышечной массы.
"Мы подтвердили положительную регуляцию активности белка AMPK-альфа, которая была показана ранее другой группой в другой модели. AMPK-альфа регулирует метаболизм и функционирование мышц," Моррис сказал. "Одним из новых изменений, которые мы обнаружили в нашей модели, было резкое снижение сигнальной активности, опосредованной PDGFR-бета, который участвует в путях энергетического метаболизма."
Кроме того, Купер, Моррис и их коллеги обнаружили связь с состоянием человека. Они проанализировали образцы тканей человека от пациентов и здоровых людей и обнаружили у пациентов те же изменения сигнального пути, которые они обнаружили на своей мышиной модели.
"В этой области основное внимание уделяется альтернативному сращиванию. Но одно из наших открытий говорит нам о том, что, хотя многие характеристики заболевания являются результатом альтернативных дефектов сплайсинга, помимо этого существуют другие механизмы и, следовательно, другие потенциальные мишени для лечения этого заболевания. Здесь происходит нечто большее, чем просто альтернативное сращивание," сказал Купер, который также является S. Дональд Гринберг и Р. Кларенс и Ирен Х. Профессор Фулбрайта и член Комплексного онкологического центра Дэна Л. Дункана в Бейлоре.
"Теперь у нас есть модель мыши, на которой мы можем проверить механизмы, участвующие в болезни. Поскольку мы сделали нашу модель обратимой, мы можем использовать ее для проверки гипотез о том, как повторы вызывают характеристики заболевания. Мы можем систематически проверять каждую из этих гипотез независимо в нашей модели, отдельно блокируя каждое сигнальное событие и определяя, насколько это влияет на болезнь. Таким образом, мы можем определить, насколько каждый из компонентов заболевания, сигнальные пути и альтернативный сплайсинг вносят вклад в заболевание," Купер сказал.