חוקרים הראו שניתן למנוע ציסטות מסוכנות, הנוצרות לאורך זמן במחלת כליות פוליציסטית (PKD), באמצעות עותק תקין בודד של גן פגום. המשמעות היא שקיים הפוטנציאל שמדענים יוכלו יום אחד להתאים טיפול גנטי לטיפול במחלה. הם גם גילו שסוג של תרופה, המכונה גליקוזיד, יכול לעקוף את ההשפעות של הגן הפגום ב-PKD. התגליות עשויות להוות את הבמה לגישות טיפוליות חדשות לטיפול ב-PKD, המשפיעה על מיליונים ברחבי העולם. המחקר, במימון חלקי על ידי המכון הלאומי לבריאות (NIH), פורסם ב תא גזע של תא.
מדענים השתמשו בעריכת גנים ובמודלים תלת-ממדיים של תאים אנושיים הידועים כאורגנואידים כדי לחקור את הגנטיקה של PKD, שהיא הפרעת כליות תורשתית מסכנת חיים שבה פגם בגן גורם לצינורות מיקרוסקופיים בכליות להתרחב כמו בלוני מים, וליצור ציסטות. במשך עשרות שנים. הציסטות יכולות לדחוק רקמות בריאות, מה שמוביל לבעיות בתפקוד הכליות ואי ספיקת כליות. רוב האנשים עם PKD נולדים עם עותק גן בריא אחד ועותק גן פגום אחד בתאים שלהם.
PKD אנושי היה כל כך קשה לחקור כי לציסטות לוקח שנים ועשרות שנים להיווצר. הפלטפורמה החדשה הזו נותנת לנו סוף סוף מודל לחקור את הגנטיקה של המחלה ובתקווה להתחיל לספק תשובות למיליונים שנפגעו מהמחלה הזו".
בנג'מין פרידמן, Ph.D., מחבר מחקר בכיר באוניברסיטת וושינגטון, סיאטל
כדי להבין טוב יותר את הסיבות הגנטיות להיווצרות ציסטות ב-PKD, פרידמן ועמיתיו ביקשו לקבוע אם אורגנואידים של מיני-כליה אנושיים תלת-ממדיים עם עותק גן נורמלי אחד ועותק פגום אחד יווצרו ציסטות. הם גידלו אורגנואידים, שיכולים לחקות תכונות של מבנה ותפקודו של איבר, מתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים, שיכולים להפוך לכל סוג של תא בגוף.
כדי ליצור אורגנואידים המכילים מוטציות רלוונטיות מבחינה קלינית, החוקרים השתמשו בטכניקת עריכת גנים הנקראת עריכת בסיס כדי ליצור מוטציות במקומות מסוימים על PKD1 ו PKD2 גנים בתאי גזע אנושיים. הם התמקדו בארבעה סוגים של מוטציות בגנים אלה שידועים כגורמים ל-PKD על ידי שיבוש ייצור חלבון פוליציסטין. שיבושים בשני סוגים של החלבון – פוליציסטין-1 ופוליציסטין-2 – קשורים לצורות החמורות ביותר של PKD.
לאחר מכן הם השוו תאים עם שתי מוטציות עותק גנים באורגנואידים לתאים עם מוטציה אחת בלבד של העתק גן. במקרים מסוימים, הם השתמשו גם בעריכת גנים כדי לתקן מוטציות באחד משני עותקי הגנים כדי לראות כיצד זה השפיע על היווצרות ציסטה. הם מצאו אורגנואידים עם שני עותקי גנים פגומים תמיד יצרו ציסטות ואלו שנשאו עותק גן טוב אחד ועותק רע אחד לא יצרו ציסטות.
"לא ידענו אם יש צורך במוטציה גנטית רק בעותק גן אחד כדי לגרום ל-PKD, או אם יש צורך בגורם שני, כמו מוטציה נוספת או פגיעה חריפה בכליות", אמר פרידמן. "לא ברור איך ייראה טריגר כזה, ועד עכשיו, לא היה לנו מודל ניסיוני טוב ל-PKD אנושי".
לפי פרידמן, התאים עם עותק גן בריא אחד מייצרים רק מחצית מהכמות הרגילה של פוליציסטין-1 או פוליציסטין-2, אבל זה הספיק כדי למנוע התפתחות של ציסטות. הוא הוסיף כי התוצאות מצביעות על הצורך בטריגר שני וכי מניעת אותה מכה שנייה עשויה למנוע את המחלה.
המודלים האורגנואידים גם סיפקו את ההזדמנות הראשונה לחקור את היעילות של מחלקה של תרופות הידועות בשם גליקוזיד סלקטיבי ריבוזומלי אוקריוטי על היווצרות ציסטות PKD.
"תרכובות אלו יעבדו רק על מוטציות של זוג בסיסים בודדים, הנראות לרוב בחולי PKD", הסביר פרידמן. "לא היה צפוי שהם יעבדו על שום מודל של עכברים ולא עבדו במודלים האורגנואידים הקודמים שלנו של PKD. היינו צריכים ליצור סוג כזה של מוטציה במודל ניסיוני כדי לבדוק את התרופות".
הצוות של פרידמן מצא שהתרופות יכולות לשחזר את יכולת הגנים ליצור פוליציסטין, להעלות את רמות הפוליציסטין-1 ל-50% ולמנוע היווצרות של ציסטות. גם לאחר היווצרות ציסטות, הוספת התרופות האטה את צמיחתן.
פרידמן הציע ששלב הבא יהיה בדיקת תרופות גליקוזידים קיימות בחולים. חוקרים יכולים גם לחקור את השימוש בריפוי גנטי כטיפול ב-PKD.
המחקר נתמך על ידי המרכז האומה של NIH לקידום מדעי התרגום, המכון הלאומי לסוכרת ומחלות עיכול וכליות, והמכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית באמצעות פרסים R01DK117914, UH3TR002158, UE3TR003288, U01DK12753, U017606, up2666, U017606, 12666, 126666, 126666, 126666, 126666, 12666686868, , P30DK089507, R21DK128638, ו-R35GM142902; פרס Eloxx פרמצבטיקה; קרן המחקר של לארה נובק-מקלין; ומלגת קרן המחקר של וושינגטון.
