A világ első veleszületett hipofízis hipoplazia modellje a betegből származó iPS sejtek felhasználásával alakult ki

A modell megvilágítja a betegség mögöttes mechanizmusokat

A Kobe Egyetem Orvostudományi Karának kutatói kidolgozták a világ első veleszületett agyalapi mirigy hipoplazia (CPH) (* 1, * 2) modelljét, amely betegből származó iPS sejteket használ. A kutatócsoport TAKAHASHI Yutaka docens, MATSUMOTO Ryusaku orvoskutató és AOI Takashi és társai professzor. a modell segítségével sikerült megvilágítani a CPH mögött álló mechanizmusokat. A csapat megpróbálta alkalmazni ezt a modellt az agyalapi mirigy egyéb betegségei és a gyógyszer felfedezése terén.

veleszületett

Ennek a tanulmánynak az eredményeit az American Scientific Journal 'J Clinical Investigation' publikálta 2019. december 17-én.

Kutatási háttér

A CPH által okozott hipopituitarizmus nem ritka, és néha életveszélyes. Az ebben a betegségben szenvedő betegek egész életen át tartó hormonpótló kezelést igényelnek. Az okokat és a mögöttes mechanizmusokat nem ismerjük jól.

Az agyalapi mirigy megbetegedéseivel kapcsolatos korábbi kutatásokat főként állatmodellek segítségével végezték, például az egér kiütésével (* 5). Azonban néha különbségek vannak az állat és az ember fenotípusaiban. Ez azt jelenti, hogy emberi modellekre van szükség az ilyen betegségek mechanizmusainak teljes megértéséhez.

Az elmúlt években az iPS (indukált pluripotens őssejt) sejteket alkalmazták a betegségmodellek, a regeneratív orvoslás és a gyógyszerfelderítés fejlesztésében. Ezenkívül kifejlesztettek egy módszert iPS sejtek felhasználásával mind az agyalapi mirigy, mind a hipotalamusz differenciálódásának előidézésére; azonban még nem kellett alkalmazni az agyalapi mirigy betegség modellezésére.

Ezt szem előtt tartva a Kobe Egyetem Orvostudományi Karának kutatói ezt a stratégiát alkalmazták a CPH humán modelljének kidolgozására in vitro, iPS sejtek felhasználásával, hogy megértsék a betegség patofiziológiáját és okait.

Kutatásmódszertan

CPS-ben szenvedő páciensből vett vérmintákból iPS-sejteket állítottak elő. Ennek a páciensnek veleszületett hipofízis hipoplazia mutatkozott, és hipofízis hormonpótló kezelésen esett át. Ezeket a betegből származó iPS sejteket alkalmazták az alapul szolgáló mechanizmusok in vitro tisztázására. Érdekes módon a kontroll iPS sejtek hormontermelő sejtekké differenciálódtak, azonban a CPH betegből származó iPS sejtek nem voltak képesek megkülönböztetni ezeket a sejteket. A differenciálódási folyamat további elemzése feltárta, hogy az agyalapi mirigy differenciálódásához elengedhetetlen LHX3 transzkripciós faktort nem expresszálták az agyalapi mirigy progenitorjában a betegből származó iPS sejtekből. Az Exome szekvenálási elemzés mutatott egy mutációt az OTX2 génben, és hogy működése károsodott. A páciens eredetű iPS sejtekben az OTX2 mutáció korrekciója helyreállította az agyalapi mirigy differenciálódási képességét, bizonyítva, hogy az OTX2 mutáció felelős.

Az agyalapi mirigy és a szomszédos hipotalamusz közötti kölcsönhatások elengedhetetlenek az agyalapi mirigy differenciálódásához és szabályozásához. Ennek a modellnek az az előnye, hogy egyszerre képes kifejleszteni az agyalapi mirigyet és a hipotalamust in vitro az iPS sejtekből. Ez lehetővé tette a kutatók számára, hogy megvizsgálják a szövetek közötti kölcsönhatás jelentőségét. Tisztázták, hogy a hipotalamusz felelős a betegségért, kiméraképző kísérletek elvégzésével, mind a betegekből származó, mind az egészséges iPS sejtek felhasználásával. A későbbi elemzés azt mutatta, hogy a hipotalamuszból származó FGF10 (fibroblaszt növekedési faktor 10) kulcsfontosságú szerepet játszik az LHX3 transzkripciós faktor agyalapi mirigyben való expressziójában. Ezenkívül az LHX3 expressziós szintjét visszaállítottuk FGF10 in vitro hozzáadásával. Ezek az eredmények azt mutatták, hogy az OTX2 mutációval összefüggő hipotalamusz FGF10 hiánya volt a felelős.

Összességében az OTX2 mutáció a hipotalamusz FGF10 csökkenését okozta, aminek következtében hiányzott az LHX3 expresszió az orális ektodermában, amely az agyalapi mirigy elődje. Következésképpen az LHX3 elvesztése a prekurzor sejtek apoptózisát okozta, ami az agyalapi mirigy károsodott fejlődését okozta. Ezeket a mögöttes mechanizmusokat először világította meg ez a tanulmány.

Ez a hipofízis-modell, amely emberi iPS-sejteket használ, megvilágította azokat a részletes mechanizmusokat, amelyeket az állatmodellek nem tudtak feltárni.

További kutatás

Ez a kutatás feltárta a CPH patofiziológiáját betegségspecifikus iPS sejteken keresztül (* 6). Ezenkívül a modell hasznos volt az agyalapi mirigy differenciálódási folyamatának megértésében is.

Ez a kutatócsoport ugyanazon stratégia alkalmazásával vizsgálja az agyalapi mirigy egyéb betegségeinek (például autoimmun rendellenességek és agyalapi mirigy daganatok) okait, patogenezisét és kezelését is. Különösen folytatják az agyalapi mirigy betegségmodelljeinek fejlesztését az „anti-PIT-1 antitest szindróma” (* 7) mögött álló patofiziológia és pontos mechanizmusok vizsgálatára, amely egy új típusú autoimmun hipofízis betegség, amelyet a csapat új klinikai entitás. Ezt a modellt használva már bemutatták a PIT-1 fehérje epitóp antigén bemutatását a beteg iPS sejtjeiből származó hipofízis elülső sejteken.

Ezenkívül számos más gyógyíthatatlan agyalapi mirigy betegség is létezik, amelyeknek okai továbbra sem ismertek. Reméljük, hogy ezek az iPS sejtalapú kutatási módszerek a betegségek tisztázásához vezetnek a mögöttes mechanizmusok és a gyógyszer felfedezése terén.

Szójegyzék

1. Agyalapi mirigy: Az agy tövében elhelyezkedő endokrin mirigy. A hipofízis hátsó és elülső részéből áll, és felelős a létfontosságú hormonok kiválasztásáért.

2. Veleszületett hipofízis hipoplazia: olyan rendellenesség, amelyben az agyalapi mirigy genetikai mutáció miatt nem megfelelően formálódik. Az egész életen át tartó hormonkezelés sok beteg számára szükséges.

3. Exome szekvenálás elemzése: Olyan technika, amely lehetővé teszi az emberi genomban lévő gének összes fehérjét kódoló régiójának elemzését.

4. Hypothalamus: Az agyalapi mirigy közelében található hipotalamusz számos funkcióban fontos szerepet játszik, beleértve a testhőmérséklet szabályozását és a hormonok felszabadítását. A fejlődés korai szakaszában a hipotalamusz szabályozza az agyalapi mirigy differenciálódásával kapcsolatos különféle tényezőket. A hipotalamusz hormonok szabályozzák az agyalapi mirigy által termelt hormonokat is.

5. Knock-out egér: lehetővé teszi egy adott gén működésének kutatását. A kérdéses gént géntechnikával távolítják el az egérből.

6. Betegségspecifikus iPS-sejtek: Ezek olyan iPS-sejtek, amelyeket egy adott betegségben szenvedő beteg generál. Ezeket fel lehet használni a különféle betegségek okainak megértésére és az új kezelések kidolgozásában.

7. Anti-PIT-1 antitest szindróma: A jelenlegi kutatócsoport tagjai által felfedezett betegség, amely szerzett hipopituitarizmushoz vezet. Ezt a szindrómát a PIT-1 transzkripciós faktor autoimmunitása okozza, és a GH, a TSH és a PRL hiányosságai jellemzik. A PIT-1 transzkripciós faktor elengedhetetlen e hormontermelő sejtek differenciálódásához és fenntartásához. Anti-PIT-1 antitest szindrómában a citotoxikus T-sejtek elpusztítják a PIT-1-et expresszáló sejteket, ezáltal az agyalapi mirigy specifikus károsodását okozzák. A betegség alapjául szolgáló mechanizmust, beleértve a thymomákat, még nem kell teljesen megvilágítani.

8. Epitóp: az antigén azon része, amelyet az immunrendszer felismer.

Köszönetnyilvánítás

TAKAHASHI professzor mély háláját fejezi ki kutatótársai iránt; Dr. SUGA Hidetaka (Nagoya Egyetem), HASEGAWA Tomonobu professzor (Keio Egyetem), Dr. NARUMI Satoshi (Nemzeti Gyermekegészségügyi és Fejlesztési Központ), MUGURUMA Keiko professzor (Kansai Orvostudományi Egyetem) és OGAWA Wataru professzor (Kobe Egyetem).

Ezt a kutatást támogatta az AMED („A betegség-specifikus iPS-sejteket hasznosító leküzdhető betegségek kutatásának gyorsító programja”), a MEXT, a JSPS, az Uehara Memorial Foundation és a Naito Foundation támogatásai.