С возрастом многие из нас приобретают мутации, которые заставляют одни из наших стволовых клеток крови размножаться быстрее, чем другие, формируя свои собственные отдельные популяции или "клоны." Это известно как клональный гематопоэз. В некоторых случаях единственный клон, происходящий из одной генетически измененной или мутировавшей стволовой клетки, может увеличиваться и составлять до 30 процентов клеток крови человека.
Если такой "Изгой" клон приобретает больше мутаций, это может привести к миелодисплазии, редкому заболеванию крови, и, в свою очередь, к лейкемии. Лаборатория Леонарда Зона, доктора медицины, директора программы исследования стволовых клеток в Бостонской детской больнице, задалась вопросом, можно ли пресечь эти популяции изгоев в зародыше, предотвратив появление потенциально смертельной лейкемии.
Если это так, это может помочь как взрослым, у которых с возрастом развивается клональный гемопоэз, так и детям с различными заболеваниями крови, такими как синдром Швахмана-Даймонда, дефицит GATA2 или семейное заболевание тромбоцитов RUNX1, при котором клональный гемопоэз может развиться в детстве.
"У этих детей есть мутация зародышевой линии, которая подвергает их риску развития лейкемии в более раннем возрасте," объясняет Серине Авагян, MD, Ph.D., детский онколог в Детском онкологическом центре Дана-Фарбер / Бостон по заболеваниям крови и научный сотрудник лаборатории Zon. "У них может развиваться клональный гемопоэз в подростковом возрасте, а иногда и в более молодом возрасте. Мы думаем, что эти синдромы предрасположенности ускоряют процесс клонального гемопоэза, что приводит к раннему началу лейкемии."
Отслеживание стволовых клеток крови с помощью цветных штрих-кодов
Предполагалось, что определенные популяции стволовых клеток становятся доминирующими – и в конечном итоге злокачественными – потому что они получают какое-то преимущество в результате генетической мутации. Или, как мог бы выразиться Чарльз Дарвин, они стали более "соответствовать." Но как?
"Если бы вы могли понять, как клоны стволовых клеток крови становятся злокачественными, вы могли бы целенаправленно нацеливаться на клон-нарушитель, вызывающий проблему," говорит Зон.
Именно здесь команда Зона во главе с Авагяном и Джонатаном Хеннингером, Ph.D., теперь в Институте биомедицинских исследований Уайтхеда, обратился к рыбкам данио. Любимый инструмент Zon Lab, рыбок данио легко разводить, а их эмбрионы полупрозрачны. Это прозрачное качество позволяет ученым наблюдать за развитием клеток крови в режиме реального времени и наблюдать за последствиями различных генетических мутаций.
После обнаружения ошибочного гена несколько лекарств можно протестировать в массовом масштабе, просто добавив их в воду рыб. На сегодняшний день Zon считает, что рыбкам данио удалось выявить четыре различных препарата, которые прошли клинические испытания для лечения меланомы, анемии Даймонда-Блэкфана и аденоидно-кистозной карциномы, а также препарат для улучшения трансплантации пуповинной крови.
Как сообщалось 5 ноября в журнале Science, команда Зона использовала модель рыбок данио под названием Zebrabow, в которой разные цвета клеток служат в качестве "штрих-коды" их личности. У нормальных рыбок данио стволовые клетки крови имеют несколько цветов, что указывает на их разнообразие. Используя CRISPR, команда ввела различные мутации, обнаруженные в клональном кроветворении человека, в эмбриональную рыбу. Затем они наблюдали, чтобы увидеть, стал ли в результате один из цветов стволовых клеток доминирующим, что указывает на то, что неконтролируемая популяция клеток крови взяла верх.
"Серин был способен создавать мозаичные мутации, так что некоторые стволовые клетки крови имели мутации, а другие – нет," говорит Зон. "Затем мы могли бы «соревноваться» между клетками в теле рыбы, чтобы увидеть, какие мутации заставили определенную линию клеток взять верх."
Подавление стволовых клеток-изгоев для сдерживания лейкемии
Действительно, определенные мутации, такие как в гене asxl1, действительно привели к тому, что одна популяция стволовых клеток крови – и один цвет клеток – стала доминирующей у рыбок данио. Затем исследователи пошли дальше, изучив, какие гены включаются в результате различных видов клеток крови.
Зрелые белые кровяные тельца с мутациями, вызывающими клональный гемопоэз, включаются множеством воспалительных генов. Напротив, мутировавшие стволовые клетки крови включали противовоспалительные гены и производили противовоспалительные молекулы, защищая себя от воспаления. Когда команда выбила один из этих защитных генов, nr4a1, этот мутантный клон потерял преимущество в пригодности и стал менее доминирующим.
"Существует множество доказательств того, что костный мозг действительно воспален у пациентов с клональным гемопоэзом," говорит Зон. "Но это одно из первых исследований, демонстрирующих, что в стволовых клетках есть пути, которые делают их устойчивыми к воспалению."
Зон и Авагян считают, что устранение этого фактора устойчивости может привести к стратегиям остановки клонального гематопоэза и лейкемии на самой ранней стадии.
С этой целью Зон и его коллеги планируют найти низкомолекулярное лекарство, которое нацелено на nr4a1 или связанные с ним противовоспалительные факторы, что станет первым шагом к клиническому испытанию, которое будет направлено на снижение риска лейкемии у людей с клональным гемопоэзом и высоким уровнем кроветворения. -рисковые мутации. Если им это удастся, препарат пополнит арсенал лекарств, открытых лабораторией для пациентов с заболеваниями крови и раком – благодаря рыбкам данио.