Nowe spojrzenie na cytoprotekcyjne funkcje siarkowodoru – czy H2S może zapobiegać progresji dystrofii mięśniowej Duchenne’a

 

Nr umowy: UMO-2019/35/B/NZ3/02817

Kwota dofinansowania: 1 791 132,00 PLN

Jednostka finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Okres realizacji: 2020-2024

 

Zespół

Dr hab. Agnieszka Łoboda, prof. UJ – Kierownik projektu

 

Doktoranci:

Mgr Katarzyna Kaziród

Mgr Małgorzata Myszka

 

Studenci:

Sophie Ostrowska-Paton

Nidhi Singh

Monika Kłaptocz

Aliaksandra Varanko

 

Inni wykonawcy:

Mgr Olga Mucha

Mgr Paulina Podkalicka

 

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. Wyniki naszych badań sugerują, że na rozwój DMD mogą wpływać też 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 ramach projektu weryfikujemy 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 to założenie, przeprowadzamy doświadczenia w mysich modelach choroby pozbawionych ekspresji dystrofiny. W celu sprawdzenia podobnych zależności w modelu ludzkim, wykorzystujemy nowoczesną strategię indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) uzyskanych z krwi osób zdrowych oraz pochodzących od pacjentów cierpiących na DMD wraz ze stworzonymi, za pomocą systemu CRISPR/Cas9, odpowiednimi liniami izogenicznymi różnicowanymi 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.

 

Upowszechnianie wyników projektu:

Konferencja/sympozjum

Wykład na zaproszenie

1. Agnieszka Łoboda. Możliwości terapeutyczne dystrofii mięśniowej Duchenne’a. Sympozjum Dzień Chorób Rzadkich: Terapie Dostępne i Poszukiwanie Nowych, Instytut Biochemii i Biofizyki PAN, 26.02.2021,

Prezentacje posterowe

1. K. Kaziród, P. Podkalicka, O. Mucha, J. Dulak, A. Łoboda. Hydrogen sulfide as the potential therapy for Duchenne muscular dystrophy Virtual European Muscle Conference, 20-22.09.2021, Warsaw operated

2. P. Podkalicka, O. Mucha, K. Kaziród, I. Bronisz-Budzyńska, S. Ostrowska-Paton, M. Tomczyk, K. Andrysiak, J. Stępniewski, J. Dulak, A. Łoboda. Dysregulation of angiogenesis contributes to Duchenne muscular dystrophy pathology. Virtual European Muscle Conference, 20-22.09.2021, Warsaw operated

3. K. Kaziród, P. Podkalicka, O. Mucha, J. Dulak, A. Łoboda. Hydrogen sulfide as the possible protective factor in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy. EUROBIOTECH 2020 8th Central European Congress of Life Sciences, 15-17.06.2021, Kraków, Polska

4. K. Kaziród, P. Podkalicka, O. Mucha, N. Kachamakova-Trojanowska, K. Andrysiak, J. Stępniewski, J. Dulak, A. Łoboda. Oxidative stress and alterations in angiogenesis contribute to the pathology of Duchenne muscular dystrophy – studies using iPSC-derived human endothelial cells. EUROBIOTECH 2020 8th Central European Congress of Life Sciences, 15-17.06.2021, Kraków, Polska

 

Wydarzenie popularyzujące naukę

„Co wpływa na rozwój dystrofii mięśniowej Duchenne'a?” Agnieszka Łoboda, artykuł popularno-naukowy „Projektor Jagielloński” Uniwersytet Jagielloński Kraków 2021.

Publikacje związane z realizowanym projektem:

1. Podkalicka P, Stępniewski J, Mucha O, Kachamakova-Trojanowska N, Dulak J, Łoboda A.

Hypoxia as a Driving Force of Pluripotent Stem Cell Reprogramming and Differentiation to Endothelial Cells

Biomolecules. 2020; 10 : 1614. doi: 10.3390/biom10121614.

2. Mucha O, Podkalicka P, Kaziród K, Samborowska E, Dulak J, Łoboda A .

Simvastatin does not alleviate muscle pathology in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy.

Skeletal Muscle, 2021;11(1):21; doi: 10.1186/s13395-021-00276-3.

3. Mucha O, Kaziród K, Podkalicka P, Rusin K, Dulak J, Łoboda A.

Dysregulated Autophagy and Mitophagy in a Mouse Model of Duchenne Muscular Dystrophy Remain Unchanged Following Heme Oxygenase-1 Knockout.

Int J Mol Sci. 2021 Dec 31;23(1):470. doi: 10.3390/ijms23010470.

4. Podkalicka P, Myszka M, Dulak J, Łoboda A.

Molekularne mechanizmy dystrofii mięśniowej Duchenne’a i nowe możliwości terapeutyczne

Postępy biochemii, przyjęta do druku