Nr projektu: 2019/35/B/NZ3/02817
Kwota dofinansowania: 1 791 132,00 PLN
Jednostka finansująca: Narodowe Centrum Nauki
Okres realizacji: 2020-2026
Zespół
Kierownik projektu
Prof. dr hab. Agnieszka Łoboda
Doktoranci
mgr Anna Nalepa
Studenci:
Weronika Aksamit
Esther Godfrey
Kalina Hajok
Urszula Waśniowska
Byli studenci/doktoranci:
Camilla Adamska
Maria Bryczek
Ewa Jakubczak
Katarzyna Kaziród
Monika Kłaptocz
Monika Jesionek
Małgorzata Myszka
Sophie Ostrowska-Paton
Gabriela Owca
Nidhi Singh
Aliaksandra Varanko
Inni wykonawcy:
dr Olga Mucha
dr Paulina Podkalicka
dr Urszula Florczyk-Soluch
mgr inż. Ewa Werner
mgr inż. Sara Bilska
Streszczenie projektu
Dystrofia mięśniowa Duchenne’a (DMD) jest najczęściej spotykaną i jedną z najcięższych form dystrofii mięśniowej i dotyka 1 na 5000 – 6000 chłopców. Pierwsze objawy DMD zauważalne u małych chłopców to zaburzenia chodzenia, które postępują wraz z wiekiem a w drugiej/trzeciej dekadzie życia dochodzi również do niewydolności oddechowo-krążeniowej na skutek atrofii mięśni oddechowych. Rozwijająca się kardiomiopatia i powikłania sercowo-naczyniowe są jedną z głównych przyczyn zgonu chorych na DMD.
Ta nieuleczalna dotąd choroba jest spowodowana mutacjami w genie kodującym białko dystrofinę, zapewniającym prawidłowe połączenie między cytoszkieletem aktynowym włókna mięśniowego a białkami macierzy zewnątrzkomórkowej. W pozbawionych dystrofiny mięśniach dochodzi do ciągłej aktywacji komórek satelitarnych, nasilonego włóknienia i stresu oksydacyjnego oraz indukcji procesów zapalnych, co prowadzi do upośledzenia funkcji mięśni. Ostatnio wykazano, że pozbawione dystrofiny są nie tylko komórki mięśniowe, ale również komórki śródbłonka, budujące naczynia krwionośne. Wyniki naszych badań sugerują, że na rozwój DMD mogą wpływać zaburzenia angiogenezy czyli procesu tworzenia naczyń krwionośnych.
Główną dostępną formą leczenia pacjentów chorych na DMD jest zastosowanie glukokortykoidów, które działają przede wszystkim jako środki anty-zapalne, wywołując równocześnie wiele skutków ubocznych. Ponieważ wciąż choroba jest nieuleczalna, niezbędne jest poszukiwanie nowych czynników wpływających na jej progresję. W badaniach wstępnych stwierdziliśmy obniżoną ekspresję genów kodujących enzymy generujące siarkowodór (H2S) w tkankach dystroficznych myszy oraz w ludzkich próbkach. W związku z tym w ramach projektu pragniemy zweryfikować hipotezę, iż siarkowodór (H2S), gaz o działaniu anty-zapalnym, antyoksydacyjnym, anty-włóknieniowym, pro-angiogennym i kardioprotekcyjnym może mieć terapeutyczne działanie w przebiegu DMD.
Aby zbadać postawione założenie, przeprowadzimy doświadczenia w mysim modelu choroby czyli myszach mdx, pozbawionych ekspresji dystrofiny. Dodatkowo, zastosujemy również myszy mdx/utr-/- pozbawione ekspresji dystrofiny oraz utrofiny, która może przejmować funkcje dystrofiny. Myszy te wykazują ostrzejszy przebieg choroby niż myszy mdx i są stosowane głównie do badania powikłań sercowo-naczyniowych. W celu sprawdzenia podobnych zależności w modelu ludzkim, proponujemy nowoczesną strategię wykorzystania indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) uzyskanych z krwi osób zdrowych oraz pochodzących od pacjentów cierpiących na DMD a także stworzenia odpowiednich linii izogenicznych z wykorzystaniem systemu CRISPR/Cas9 a następnie ich zróżnicowania do komórek śródbłonka oraz kardiomiocytów. W modelach in vitro i in vivo testowany będzie wpływ związków uwalniających H2S a także terapia genowa, tj. nadekspresja enzymów generujących siarkowodór. Wykorzystując technologię RNA-seq, testy funkcjonalne oceniające wydolność wysiłkową myszy, kurczliwość mięśni, czynność serca, metody biochemiczne i testy do oceny właściwości kardiomiocytów (np. dynamikę wapnia, aktywność mitochondriów) i komórek śródbłonka (np. potencjał angiogenny z wykorzystaniem testu Matrigel oraz kultur sferoidalnych w żelu kolagenowym) dokładnie zbadamy rolę H2S w progresji DMD.
Wynikiem realizacji projektu będzie dokładne sprawdzenie hipotezy o pozytywnej roli H2S w modulacji procesów istotnych w rozwoju DMD, w tym zapalenia, włóknienia, autofagii, angiogenezy i kardiomiopatii. Wierzymy, że zaplanowane badania z wykorzystaniem mysich modeli choroby, terapii genowej oraz indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych pozwolą na lepsze zrozumienie mechanizmów choroby.