团队识别策略,扭转疾病角化病congenita

角化病congenita或直流,是一种罕见的遗传疾病,治疗方法有限,无法治愈。通常在儿童诊断,干细胞疾病原因失败,导致重大问题包括骨髓衰竭、肺纤维化、皮肤角化病和肠道萎缩和炎症。病人也在几种类型的癌症风险的加大。

一个常见的疾病的基本特征是缩短端粒的存在。端粒的结构保护,或“帽”,染色体的末端,但他们往往会缩短与细胞分裂和年龄,并能因此失去保护功能。许多直流患者DKC1中基因的突变,这代码的组件叫做端粒酶的酶,帮助维持端粒长度。因为端粒酶是最基本的组织经常分裂,值得注意的是,上皮组织如皮肤、肠道和肺部,这就是缺陷出现在这些人。

在一项新的研究发表在细胞干细胞,来自宾夕法尼亚大学的研究人员领导的兽医学院的克里斯托弗·j·Lengner和布拉德·约翰逊的佩雷尔曼医学院发现端粒之间的联系和一个叫做Wnt通路的分子信号级联,可能指向直流患者的治疗选择。最初的联系被确定使用老鼠约翰逊的实验室,和约翰逊Lengner和组织将这些发现扩展到人体组织在文化证明刺激Wnt通路肠扭转DC-related障碍的迹象。

他们的研究强调了Wnt信号之间存在正反馈和端粒功能,即刺激Wnt信号激活蛋白的表达,增强端粒“帽”,导致更多的功能干细胞,这反过来进一步刺激Wnt通路。

这项研究还提供了洞察策略应对端粒功能障碍,这一过程也被卷入某些癌症和自然老化。

“你看到在突变小鼠角化病congenita病人是减少的结果端粒酶活性在快速分裂组织,”约翰逊说,文章的第二作者在研究和病理学和实验室医学副教授在宾夕法尼亚大学医学。“这不是一样的自然衰老,你可能有端粒缺陷细胞中没有大量的端粒酶活性。但我认为这是公平地说,我们的发现通知了解一些可能发生的端粒缩短老化。”

助理教授Lengner宾夕法尼亚大学兽医系的生物医学科学研究是文章的第二作者。

“现在主要治疗这些患者骨髓移植,“Lengner说。“这可以解决骨髓衰竭但不解决其他问题相关的疾病,特别是不患癌症的风险。这项工作提出了一个方法解决疾病的根本原因。”

早前与直流电的小鼠模型研究表明可能有Wnt通路之间的连接和端粒酶。和直流病人的细胞中最近的一项研究发现在Wnt通路减少活动。所以宾夕法尼亚大学的研究人员想要探索激活Wnt能否逆转疾病的影响。

为此,该团队使用三个新兴技术。首先,他们诱导多能干细胞或万能,是“重新编程”的成年细胞相似胚胎干细胞。这使得研究人员把细胞从直流病人,以及健康的个体,和转换他们的细胞,干细胞,可以产生许多不同的细胞类型。

第二,他们使用CRISPR / Cas9系统,一个简单的方法和戏剧性的效果。像一个基因组的复制粘贴,它创造了在特定网站在DNA双链断裂,然后修理它,把一个新的,想要的序列,利用同源重组。研究人员利用基因编辑系统引入DKC1中突变到健康人的万能,并正确的万能直流患者样本中的致病突变。通过这种方式,他们有匹配的细胞系测试集,可以排除任何背景遗传变异的影响。

最后,研究者发展所谓的“瀑样,”一个增长体外,类似于一个器官,通过这一过程被称为定向分化,细胞则被喂以特定的分子模拟信号干细胞收到在正常发展。在这种情况下,人类肠道瀑样细胞诱导形成,这自然形成管状结构,概括人体胃肠道系统的管道。

当潘团队观察肠道瀑样的发展,他们发现,最初,直流病人的细胞似乎正常形式。

“但当时点时应该使肠道,肠道形成一个管,破裂,“Lengner说。

而健康病人的样本和样本直流病人所纠正CRISPR管,形成最初的病人的细胞和细胞有疾病的突变引入CRISPR似乎遵循着一种正常的发展了几天,但是通过两周没有看到该组织结构在disease-corrected健康样品和样本。这些细胞也有较短的端粒,从直流病人的肠道瀑样有最短的任何细胞类型。

“我们在分子水平上可以看到,这是伴随着未能激活特定的肠道干细胞基因程序,“Lengner说,“特别是Wnt通路中的基因。”

研究的下一步是激活Wnt看看这些缺陷可以逆转。他们对待瀑样来自直流病人万能的化合物称为CHIR刺激Wnt通路,并发现它恢复以及该组织结构的形成肠道干细胞基因的表达。治疗也增加了细胞的端粒酶活性和端粒长度变异DKC1中。

评估该治疗方法在临床相关的模型,他们将人类肠道瀑样移植到老鼠。老鼠收到包含DKC1中突变的移植,也接受fda批准的Wnt通路的刺激时,锂,维护他们的肠道组织结构和Wnt目标基因的高表达。实际上,它们就像瀑样的老鼠接受了移植来自健康的病人。

研究人员说,这项研究提供的证据原则,激活Wnt通路至少能扭转角化病相关的胃肠道表型congenita。展望未来,他们愿意尝试完成同样的壮举在其他组织类型影响的疾病,如肺,甚至鲜血。

虽然锂是一个批准的药物,它不是选择性Wnt通路和副作用,因此“额外筛查治疗药物可能是有益的,”约翰逊说。