Ингибирование протеазы К предотвращает развитие наследственного заболевания сердца

Врожденные пороки сердца — наиболее распространенные пороки развития и основная причина детской смертности; они также могут вызывать хронические болезни и инвалидность. Муколипидоз II — одно из наследственных заболеваний, вызывающих пороки сердца; обычно он ассоциирован с кардиомиопатией, пролапсом митрального клапана и аортальной регургитацией (обратным током крови). Ученые из генетического центра Гринвуда (США) на моделях муколипидоза II — рыбках данио рерио показали, что повышенная активность катепсиновых протез приводит к развитию пороков сердца и клапанов, а ингибирование катепсина К восстанавливает нормальное развитие сердца.

Известно, что муколипидоз II возникает из-за мутации в гене GNPTAB, расположенном на длинном плече 12-й хромосомы. Этот ген кодирует GlcNAc-1-фосфотрансферазу (GNPT), фермент аппарата Гольджи, который отвечает за дифференцировку и образование лизосом. Из-за неправильной работы GNPT в лизосомы не попадают катепсины — лизосомные протеазы, в том числе катепсин К — самая сильно действующая коллагеназа млекопитающих. При этой мутации катепсины направляются в межклеточное пространство. Была известна связь катепсиновых протеаз с сердечными заболеваниями более позднего возраста — атеросклерозом, гипертрофией сердца и стенозом клапанов, но их роль во врожденных пороках сердца до сих пор не была показана.

Ученые хотели подтвердить свою догадку, что мутация в GNPTAB гене изменяет локализацию и увеличивает активность катепсиновых протеаз, это, в свою очередь, нарушает работу сигнальных путей, связанных с факторами роста и нормальное развитие сердца и его клапанов. Если это так, то ингибирование катепсиновых протеаз восстановит нормальное развитие сердца и клапанов.

Методами генной инженерии с помощью нуклеазы TALEN исследователи получили линию рыбок данио gnptab-/- с дефектным GNPTAB геном, после чего провели индивидуальное молекулярное и фенотипическое исследование эмбрионов, в том числе методами флуоресцентной и конфокальной микроскопии, и общее исследование их генотипов.

У измененных с помощью TALEN рыбок данио, с нарушенной экспрессией гена GNPT, возникали аномалии развития сердца, сердечные отеки, к третьему дню появлялись проявления муколипидоза II, становившиеся тяжелыми к 5-6 дню, так что большинство эмбрионов умирало на 5-7 день. Как показало микроскопическое исследование, у эмбрионов нарушалось формирование миокарда и атриовентрикулярного клапана, изменялись размеры камер предсердий и желудочков сердца, нарушалось формирование сердечной трубки. Нарушались положение сердца в организме эмбриона и ток крови, в том числе возникал обратный ток.

У млекопитающих правильное формирование клапанов сердца основано на согласованной работе сигнальных каскадов, в том числе TGF- β. Эта сигнализация нарушалась у gnptab -/- рыбок данио. А активность катепсиновых протеаз в сердцах этих рыб увеличивалась.

Чтобы проверить, что произойдет, если подавить эту активность, авторы статьи использовали оданакатиб, специфичный ингибитор катепсина К. Ингибирование смягчало множественные проявления болезни, улучшало формирование клапанов и нормализовало кровоток.

Эти результаты подтверждают, что катепсин К может инициировать возникновение пороков сердца. И что наиболее важно, его ингибирование восстанавливает нормальное развитие сердца у эмбрионов рыбок. Авторы надеются, что их исследование заложит основу для дальнейших поисков лекарства от этой болезни.