Gli scienziati ripristinare, in funzione di cellule da pazienti con fibrosi cistica

Marzo 16, 2016 Admin Salute 0 9
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In un nuovo incoraggiante sviluppo, un team guidato da scienziati Scripps Research Institute ha restituito funzione parziale a cellule polmonari raccolti da pazienti con fibrosi cistica. Mentre non vi è ancora molto lavoro da fare prima che la terapia può essere testato negli esseri umani, la scoperta apre le porte a una nuova classe di terapie per questo e una miriade di altre malattie croniche.

I risultati sono stati pubblicati il ​​6 dicembre 2009 in un anticipo, edizione on line della rivista ad alto impatto Nature Chemical Biology.

"Siamo molto eccitati da questi risultati," ha detto il leader di squadra professor William Balch, un professore in Dipartimenti di Biologia Cellulare e Chimica Fisiologia e membro dell'Istituto per l'Infanzia e le malattie trascurate, che riceve anche il sostegno dell'Istituto Skaggs per biologia chimica , il tutto a Scripps Research. "Perché siamo venuti al problema di ripristinare la funzione delle cellule da una nuova prospettiva - con la biologia per correggere biologia - questi risultati hanno il potenziale per essere gioco-cambio."




Il nuovo studio, svolto in collaborazione con un gran numero di investigatori fibrosi cistica negli Stati Uniti e in Canada, ha dimostrato che un composto chiamato acido idrossamico suberoylanilide (SAHA), che è già stato approvato dalla US Food and Drug Administration come trattamento per il linfoma , in grado di ripristinare circa il 28 per cento della normale funzione di cellule superficiali polmonare con i più comuni, ma gravi, cistica mutazione della fibrosi che si traduce in completa perdita di funzione in pazienti omozigoti (quelli che hanno ricevuto una copia del gene mutato da entrambi i genitori).

"I risultati sono molto promettenti", ha detto Balch. "Sappiamo che cistica fibrosi individui con 15 al 30 per cento della normale funzione cellulare, come può accadere con alcune mutazioni, hanno casi più lievi della malattia e di uno stile di vita più normale di pazienti portatori di una mutazione grave. Il grado aggiunta della funzione trasmessa da SAHA o un composto come SAHA potrebbe fare una differenza enorme per i pazienti con malattia acuta ".

A Life-accorciamento Condition

La fibrosi cistica è una malattia ereditaria che colpisce circa 30.000 bambini e adulti negli Stati Uniti, e in tutto il mondo 70.000, secondo la Cystic Fibrosis Foundation.

In fibrosi cistica, i pazienti producono muco denso e appiccicoso, che possono ostruire i polmoni e causare infiammazioni dannose e infezioni pericolose per la vita. Questo spessore muco può anche ostacolare il pancreas e interferire con la corretta digestione e l'assorbimento del cibo. Altri sintomi includono diabete e infertilità.

Le persone con fibrosi cistica hanno mutazioni nel gene della fibrosi cistica, che porta l'organismo a produrre una proteina difettosa - chiamato il regolatore della conduttanza transmembrana della fibrosi cistica (CFTR), proteine ​​- che normalmente si trova sulla superficie delle cellule ed è necessario per il corretto il movimento di sodio e cloruro (sale) in e fuori di cellule. Questo processo è necessaria per la corretta idratazione del polmone, intestino e pancreas.

Sebbene più di 1.400 diverse mutazioni possono portare a difetti di CFTR, la mutazione più comune è una delezione di un residuo di fenilalanina nella posizione 508 della proteina (CFTR DF508). Questa mutazione, che causa una forma grave della malattia, è responsabile di oltre il 90 percento dei casi fibrosi cistica mondo.

Mentre 50 anni fa alcuni bambini con fibrosi cistica hanno vissuto a frequentare la scuola elementare, oggi non è insolito per le persone con fibrosi cistica a vivere nel loro 30s e 40s. La maggior parte dei trattamenti disponibili oggi concentrarsi sulla gestione dei sintomi - in particolare liberare le vie aeree attraverso le maglie di compressione polmonare, antibiotici, farmaci per via inalatoria e farmaci anti-infiammatori, oltre a promuovere una corretta alimentazione attraverso una dieta sana, sostanziali integratori di enzimi digestivi, e altri aiuti alimentari .

Purtroppo, manca ancora sono farmaci che affrontano i problemi con la proteina fibrosi cistica DF508 approvato. (Balch osserva che un farmaco potenziatore (Vertex 770) che interessano una popolazione molto rara mutante di pazienti affetti da fibrosi cistica (CFTR G551D), che è alla superficie cellulare, ma incapace di mobilitare il cloruro, ha raggiunto un significativo beneficio clinico in un recente studio clinico). Un ampio efficace correzione terapeutica DF508 CFTR consegna di proteine ​​sulla superficie delle cellule e ripristinare la funzione sarebbe un grande vantaggio per i pazienti affetti da fibrosi cistica la maggior parte e le loro famiglie.

Un tale sviluppo potrebbe alleviare il bisogno cronico per i molti farmaci e terapie che tentano di mitigare l'assalto di sintomi e per consentire ai pazienti di mantenere uno stile di vita normale.

Girando un approccio classico sulla sua testa

Nel nuovo studio, Balch ha un approccio originale per la correzione dei difetti fibrosi cistica. Questo nuovo approccio nasce da una comprensione unica di protein folding e misfolding che Balch aveva lavorato per qualche tempo con il collega Scripps Research Jeffery Kelly, presidente del Dipartimento di Medicina Sperimentale e Molecolare, Lita Annenberg Hazen Professore di Chimica, e membro del l'Istituto per Skaggs Chemical Biology. Questa prospettiva può anche avere implicazioni per condizioni diverse come il diabete di tipo II, l'artrite, l'osteoporosi e le malattie amiloide (compreso il morbo di Alzheimer).

Mentre in molte malattie genetiche mutazioni specifiche all'interno di un particolare gene causano il prodotto proteico del gene per misfold, Balch e colleghi di notare che non è la fine della storia. Critico, questa proteina difettosa deve interagire con il macchinario biologico generale della cellula, che controlla il ripiegamento di proteine ​​e ambiente stabilità. Ciò può contribuire in modo significativo alla perdita della proteina di funzione e di una ripartizione in funzione del tessuto/organismo. Questa macchina biologica controllare la piegatura e la funzione ambiente della cella è indicato come la rete proteostasis ed è centrale per la vita.

"Il nostro approccio di biologia rete sfida il pensiero e le pratiche dell'industria farmaceutica che si concentra sulla drogare singoli target attuale", ha detto Balch. "Questa visione tradizionale limita la nostra capacità di affrontare farmacologicamente molte malattie complesse perdita-di-funzione sporadiche ed ereditarie che sono davvero i disturbi dei sistemi. Queste malattie sono più passaggi nella rete biologica che deve essere regolato per riconquistare una funzione più normale della proteina compromessa e dei tessuti. "

In caso di fibrosi cistica, Balch sospetta che il reticolo endoplasmatico - un vano nella cella responsabile della sintesi di CFTR che funziona normalmente per proteggere il corpo degradando proteine ​​anomale potenzialmente pericolose - potrebbe essere visto come fare il suo lavoro troppo efficiente , eliminando le proteine ​​mutanti CFTR che potrebbe ancora fornire qualche funzione per la cellula e tessuto se data la possibilità.

Nel nuovo studio Nature Chemical Biology, Balch e colleghi hanno attinto il loro precedente lavoro teorico e sperimentale di trasformare il modello classico di sviluppo di un farmaco sulla sua testa. Piuttosto che tentare di indirizzare direttamente o sostituire le proteine ​​mutanti CFTR presenti nei pazienti affetti da fibrosi cistica - un approccio che si era finora riuscita a produrre drammatici nuovi trattamenti per la malattia DF508 - Balch e colleghi hanno cercato invece di regolare la piegatura cella o manutenzione proteostasis Macchine della cella per fare un nuovo ambiente cellulare che "lavorare" con le proteine ​​mutanti CFTR.

Così facendo, gli scienziati speravano che le proteine ​​CFTR mutato, pur non essendo perfetto, potrebbe ora essere più efficace in cella, riducendo gli effetti più gravi di sintomi di fibrosi cistica in variante comune DF508.

Risultati positivi sui livelli multipli

Per modificare il meccanismo cellulare in questo modo, Balch e la squadra arruolato composti che erano noti per inibire una famiglia di enzimi noti come istone deacetilasi (HDAC). Studi hanno dimostrato che HDACs influenzano l'imballaggio del DNA nei cromosomi e regolano l'espressione genica. Sulla base di studi precedenti dell'ambiente piegatura necessaria per la funzione CFTR pubblicato sulla rivista Cell, gli scienziati hanno ragionato che alterando la funzione HDAC potrebbe anche riequilibrare reti proteostasis nella cella di favorire il ripristino funzionale.

Per esperienza in questi composti, Balch collaborato con il collega Scripps Research Professor Joel Gottesfeld e il suo gruppo.

"Laboratorio di Joel e il mio laboratorio hanno lavorato a stretto contatto su questo", ha detto Balch. "Questo è ciò che è grande circa Scripps Research - la sua natura collaborativa persone solo a piedi in porta accanto e due ore più tardi si sta facendo un esperimento insieme."

Lavorare con Ray Frizzell e Joe Pilewski, gli investigatori fibrosi cistica presso l'Università di Pittsburg School of Medicine, il laboratorio Balch trattati cellule epiteliali polmonari umane isolate da pazienti con la mutazione AF508 devastante con inibitori HDAC noti. Curiosamente, l'inibitore HDAC approvato dalla FDA SAHA ha dimostrato di essere più efficace nel ripristinare l'attività del canale di superficie - uno dei principali marcatori della fibrosi cistica, che è responsabile per la reidratazione di superficie delle cellule. Le cellule di controllo hanno dimostrato livelli trascurabili di attività del canale, mentre le cellule SAHA-trattate sono stati ripristinati al 28 per cento del livello normale trovato in individui sani.

"E 'una bella solida soccorso con alcune proprietà interessanti", ha commentato Balch.

Utilizzando un approccio bioinformatico guidata dal laboratorio di Gerard Manning presso l'Istituto Salk di Scienze Biologiche, la squadra ha dimostrato che il composto ha aumentato il funzionamento delle proteine ​​CFTR mutato a più livelli della rete proteostasis. Non solo erano le proteine ​​mutanti CFTR più protetti dalla distruzione nel reticolo endoplasmatico, erano anche più efficiente trasportati alla superficie delle cellule del polmone dove sono stati trovati a livelli comparabili a quella di wild-type (normale) CFTR. Inoltre, una volta alla superficie delle cellule inibitori HDAC-trattate, proteine ​​CFTR mutanti erano più in grado di resistere distruzione da vie di degradazione aggiuntivi rispetto a proteine ​​DF508 CFTR in cellule non trattate.

"Per riequilibrare il programma proteostasis per fornire un ambiente cellulare più favorevole," ha detto Balch, "le cellule sembrano trattare la mutazione più come un polimorfismo [differenze genetiche che sono responsabili della diversità individuale], piuttosto che qualcosa di pericoloso che necessitano di essere completamente eliminato. "

Balch anche paragonato questo processo di adattamenti evolutivi a cambiamenti nella struttura delle proteine, che supportano le mutazioni che forniscono un vantaggio funzionale selettivo.

Lo studio ha mostrato che uno specifico HDAC - HDAC7, uno dei 18 noti HDAC umane - sembrava essere in gran parte responsabili per gli effetti sulle cellule trattate. Poco si sa circa la funzione di HDAC7 in fisiologia umana e gli sforzi sono in corso da parte dei laboratori di Balch, Gottesfeld, Manning, e Scripps Research Professor John Yates per capire il suo meccanismo d'azione.

La via giusta

Consapevole del fatto che il dosaggio sarebbe una questione fondamentale in ogni tentativo di sviluppo di farmaci, i ricercatori hanno anche iniziato ad affrontare i problemi di dosaggio in corso di studio.

"Sappiamo che un composto non ce la farà in clinica se i pazienti devono assumere l'equivalente di una ciotola di cereali di esso più volte al giorno", ha detto Balch. "Questo è particolarmente vero in quanto, data la natura della fibrosi cistica, questo avrebbe bisogno di essere un trattamento per tutta la vita sostenuta per proteggere il paziente dalla malattia."

Sorprendentemente, il team ha scoperto che basse dosi di SAHA non solo hanno lavorato in colture di cellule di fibrosi cistica del polmone, ma anche offerto alcuni vantaggi significativi rispetto dosi acute. Mentre dosi acute di SAHA prodotto un aumento dell'attività del canale superficie giorno dopo, gli effetti fermato subito dopo il farmaco è stato ritirato. Al contrario, dosi molto più piccole hanno iniziato a lavorare in modo efficiente dopo sei-otto giorni, una forte attività canale è stato osservato dopo il farmaco è stato ritirato, diminuire gradualmente nel corso della settimana successiva. Questa caratteristica ricorda suo potenziale meccanismo di azione, Balch detto, magari coinvolgendo rimodellamento cromatina portando ad un ambiente proteostasis alterato, protettiva nella cella polmonare che potrebbe essere sostenibile.

Mentre entusiasta dei risultati, Balch avverte che "c'è molto lavoro da fare" - compreso l'ulteriore sviluppo di un farmaco, il lavoro preclinico, e gli studi clinici - prima di ogni nuova terapia per la fibrosi cistica diventa una realtà con questo approccio. Il farmaco SAHA FDA ha approvato, mentre inizialmente approvato come regime posologico acuta per terapie tumorali, resta da esaminare con attenzione per l'utilizzo in un basso dosaggio, regime di trattamento cronico che sarebbe necessaria per proteggere i pazienti affetti da fibrosi cistica dalla malattia nel corso della vita.

I primi autori della carta sono Darren Hutt e David Herman del Scripps Research. Oltre a Balch, Hutt, e Herman, altri autori sono: Jeanne Matteson, Ben Hoch, Wendy Kellner, Jeffery Kelly, JR Yates III e Joel M. Gottesfeld del Scripps Research; Ana Rodrigues e Gerard Manning del Salk Institute for Biological Studies; Sabrina Noel, Joe Pilewski e Ray Frizzell di Università di Pittsburgh School of Medicine; Andre Schmidt e Philip Thomas della University of Texas Southwestern Medical Center; Yoshihiro Matsumura e William Skach di Oregon Health and Sciences University; Martina Gentzsch e John R. Riordan della University of North Carolina, Chapel Hill; Eric J. Sorscher della University of Alabama a Birmingham; e Tsukasa Okiyonad e Gergely L. Lukacs della McGill University. Frizzel, Skach, Thomas, e Lukacs sono membri della Fibrosi Cistica Consorzio, una squadra di investigatori sostenuto dalla Cystic Fibrosis Foundation che sono incoraggiati a collaborare e condividere i risultati di accelerare il ritmo di una cura per la fibrosi cistica. Disclosure Finanical: Balch è titolare consulente e di equità in Proteostasis Therapeutics Incorporated (PTI), 200 Tecnologia Quadrato, Boston MA, il cui obiettivo è quello di sviluppare farmaci che correggono malattia misfolding umana. Kelly è un supporto fondatore e equità in PTI.

Questa ricerca è stata sostenuta dal National Institutes of Health (NIH) sovvenzioni HL79442 (WEB/JRY), GM42336 (WEB), e la fibrosi cistica Consortium (CFC) (WEB/JRY); NS055781 a JMG; AG03197 a GM; AG84567 a JWK; DK68196, DK72506, e la CFC di RAF e JP; UR98647 e CFC per ES; DK075302, Canadian Institutes of Health Research e CFC per GLL; DK51818 e CFC per WRS; DK23567 a JRR. D. Hutt è stata sostenuta da borse della Cystic Fibrosis Foundation canadese e la Canadian Institutes of Health Research; D. Herman è stato sostenuto da una borsa di studio da Atassia di Friedreich Research Alliance.

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