Ген fhl2b защитил рыбок данио от мышечных дистрофий

Мышечные дистрофии — это группа заболеваний, при которых нарушается нормальная структура мышечных волокон, что приводит к дисфункции мышц. Сейчас выявлено более 40 генов, мутации в которых могут приводить к мышечной дистрофии. Одно из наиболее распространенных заболеваний этой группы — миодистрофия Дюшенна, причиной которого являются мутации в гене дистрофина, приводящие к утрате или укорачиванию белка. При этом глазодвигательные мышцы обладают «иммунитетом» к миодистрофии. Они отличаются от других мышц и по профилю экспрессии генов, и по белковому составу: например, в глазодвигательных мышцах, в отличие от скелетных, отсутствует белок цитоскелета десмин. Шведские ученые решили разобраться в механизмах устойчивости глазодвигательных мышц к миодистрофии.

Для исследования ученые получили линии рыбок данио-рерио с гомо- и гетерозиготным нокаутом по генам desma и desmb, кодирующим десмин. Это привело к развитию миодистрофии у рыбок: у них нарушилась целостность мышечных волокон. При этом глазодвигательные мышцы также сохранили устойчивость к миодистрофии.

Исследователи провели секвенирование РНК глазодвигательных мышц и мышц туловища рыбок в возрасте 5 и 20 месяцев, чтобы выявить гены, благодаря которым глазодвигательные мышцы получают устойчивость к миодистрофии. Оказалось, что в них, в отличие от мышц туловища, повышена экспрессия гена fhlb2. То же наблюдалось в рыбках данио-рерио с нокаутами по генам плектина (plecb) и обскурина (obscnb) — других моделях мышечной дистрофии. Fhl2 — это транскрипционный кофактор, который в основном экспрессируется в сердечных мышцах.

Нокаут fhl2a и fhl2b на фоне нокаута десмина приводил к гипертрофии волокон глазодвигательных мышц, что указало на защитные функции этого фактора. Отсутствие Fhl2 также влияло на экспрессию других представителей семейства Fhl: снижалась экспрессия fhl1a, fhl1b, несколько менее заметно падала экспрессия fhl3b, а экспрессия fhl3a не менялась. Это показало, что нокаут fhl2 не компенсируется другими генами семейства. Напротив, их экспрессия так или иначе зависит от этого гена. Про Fhl2 также известно, что он может регулировать сигнальный каскад WNT/β-катенин. При нокауте fhl2 значительно повышалась экспрессия ctnnb2 (β-катенин), что указывает на то, что Fhl2 подавляет β-катенин. Также изменялась экспрессия генов wnt5a, wnt5b, wnt11, что подтвердило роль Fhl2 в регуляции канонической и неканонической активации WNT.

Исследователи заинтересовались, может ли оверэкспрессия fhl2b, который был более активен в глазодвигательных мышцах, защитить и все мышцы тела от дистрофии. Для проверки этого ученые использовали рыбок данио-рерио линии sapje — модели миодистрофии Дюшенна. У этих рыбок из-за недостатка дистрофина мышечные волокна отрываются от миосепт и нарушается сокращение мышц. Это приводит к гибели более половины мальков линии sapje уже через 5 дней после оплодотворения; средняя выживаемость составляет около 18 суток. В мышцах таких рыбок оверэкспрессировали fhl2b под промотором 503unc, специфичным для мышц, вместе с геном зеленого флуоресцентного белка EGFP. У мальков наблюдалась мозаичная флуоресценция, однако восстанавливалась структура мышечных волокон, а у взрослых особей была стабильная оверэкспрессия fhl2b. У таких рыбок значительно повысилась средняя выживаемость, которая составила больше 30 суток, а их мышечные волокна реже отрывались от миосепт.

У рыбок с оверэкспрессией fhl2b также улучшалась целостность моторных аксонов и нервно-мышечных синапсов. Это показал транскриптомный анализ, который выявил повышенную экспрессию генов семафоринов — белков, участвующих в аксональном наведении и необходимых для выживания моторных нейронов. Также ученые отметили, что у рыбок с оверэкспрессией fhl2b практически не отличалась по сравнению со здоровыми данио экспрессия микроРНК-206 и гистондеацетилазы 4 — маркеров миодистрофии Дюшенна, повышенных у рыбок линии sapje. Иммуновизуализация позволила ученым подтвердить данные транскриптомного анализа: они показали улучшения в состоянии аксонов и нервно-мышечных синапсов у рыбок с оверэкспрессией fhl2b. Также у них восстанавливалась иннервация мышц и способность к плаванию.

Исследователи предположили, что Fhl2 способствует регенерации мышечных волокон, и именно поэтому у рыбок с оверэкспрессией fhl2b волокна если и отрывались, то быстро восстанавливались. Транскриптомный анализ действительно выявил у таких рыбок повышенную экспрессию ряда генов, связанных с регенерацией: flnca, rbfoxl1, ptgs2b, kdm6ba, mmp14b. Ускоренную регенерацию мышц ученые смогли наблюдать в реальном времени: если у рыбок отрывались мышечные волокна, то их остатки быстро устранялись, а сами волокна заменялись новыми. В то же время у рыбок с миодистрофией не происходило никаких изменений за сутки.

Улучшенная регенерация мышц была связана с действием иммунных клеток — макрофагов, которые, помимо фагоцитоза патогенов и посторонних частиц, также могут способствовать заживлению поврежденных тканей. У рыбок с оверэкспрессией fhl2b повышалась экспрессия генов, характерных для макрофагов: mmp13a (матриксная металлопротеиназа), mpeg1.2 (перфорин), il-8 (хемокин). Если рыбкам намеренно наносили ранение иголкой, то в месте повреждения мышц собирались макрофаги, способствуя заживлению ткани.

Таким образом, ученые показали, что Fhl2 защищает глазодвигательные мышцы от дистрофии, а его оверэкспрессия во всех мышцах позволяет расширить эту защитную функцию на все тело. Это указывает на то, что одним из подходов к лечению мышечных дистрофий могут стать терапии, сосредоточенные на использовании Fhl2.

Сердечная патология при миодистрофии Дюшенна связана с дисфункцией каналосом