Малая молекула облегчает симптомы серповидноклеточной анемии у мышей

Причина развития серповидноклеточной анемии (SCD) — миссенс-мутация в гене β-цепи гемоглобина, которая приводит к появлению патологического гемоглобина S (HbS; α₂β^S₂). Дезоксигенированный HbS склонен к образованию полимеров, которые повреждают эритроциты, вызывая гемолитическую анемию, вазоокклюзию и острые и хронические боли с прогрессирующим повреждением нескольких органов, что приводит к ранней смерти. Ранее исследования показали, что реактивация фетального гемоглобина (HbF; α₂γ₂) облегчает симптомы SCD. В настоящее время стандартом лечения SCD является гидроксимочевина (HU), единственный одобренный FDA препарат, стимулирующий HbF. Однако взрослые пациенты с SCD редко достигают уровней HbF, наблюдаемых у маленьких детей. Поэтому необходимы более эффективные препараты, стимулирующие HbF у взрослых. PPARγ-коактиватор 1α (PGC-1α) впервые был обнаружен в буром жире как белок, взаимодействующий с PPARγ. PGC-1α — ключевой фактор регуляции различных сигнальных путей. PGC-1α воздействует на печень, нейроны и мышцы, недавно было также показано, что PGC-1α играет важную роль в созревании и выживании эритроидных клеток. Активация PGC-1α повышает синтез HbF.

Исследователи из США показали, что управление активностью PGC-1α или сигнальными путями, которые он регулирует, может помочь пациентам с SCD. Используя малую молекулу SR-18292 — модулятор PGC-1α — они увеличили экспрессию PGC-1α и γ-глобиновых генов в CD34+ гемопоэтических стволовых клетках и клетках-предшественниках, а также в HbF+ F-клетках, что значительно уменьшило количество серповидных эритроцитов и ретикулоцитов у мышей.

Ученые изолировали CD34+ клетки периферической крови здоровых взрослых людей и обработали их SR-18292. После 11 дней воздействия уровни мРНК PGC-1α и HBG значительно возрастали. Вестерн блот также показал увеличение уровня γ-глобина. Высокие концентрации SR-18292 способствовали терминальной дифференцировке эритроидных клеток. Более того, при нокдауне PGC-1α SR-18292 не влиял на уровни HbF, подтверждая, что эффект SR-18292 на экспрессию γ-глобина и синтез HbF зависит от PGC-1α. Секвенирование РНК единичных клеток показало, что SR-18292 также повышал уровни других регуляторов HbF. Кроме того, ученые продемонстрировали, что комбинации SR-18292 с HU или DAC, другими индукторами синтеза HbF, еще сильнее повышали уровни мРНК γ-глобина.

Чтобы исследовать эффекты SR-18292 на γ-глобин in vivo, ученые использовали β-YAC мышей, экспрессирующих кластер генов человеческого β-глобина. Аналогично in vitro экспериментам, внутрибрюшинное введение SR-18292 повышало уровни мРНК γ-глобина и PGC-1α, тогда как уровни белка взрослого β-глобина практически не изменялись у мышей. Количество F-клеток увеличивалось по сравнению с контрольными мышами после двухнедельного или четырехнедельного лечения.

Наконец, ученые протестировали индукцию HbF с помощью SR-18292 на мышах с SCD. После четырех недель лечения уровни мРНК и белка PGC-1α и γ-глобина, а также соотношение уровней мРНК γ-глобина к общему человеческому β-типу глобина (γ + β) значительно увеличились у пролеченных мышей, тогда как транскрипция β-глобина увеличивалась незначительно. Кроме того, было отмечено значительное увеличение доли зрелых эритроидных клеток после четырехнедельного лечения SR-18292, то есть SR-18292 улучшает выживаемость эритроцитов. Количество ретикулоцитов (маркер преждевременного разрушения эритроцитов) было значительно снижено у животных, получавших SR-18292, после четырех недель. Количество серповидных эритроцитов также уменьшалось у мышей, получивших SR-18292. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что лечение SR-18292 у мышей SCD приводит к эффективному улучшению многих аспектов патологий, обычно связанных с SCD.

Данное исследование показало, что экспрессия гена HbF контролируется сложной сетью регуляторов, а PGC-1α потенциально является модулятором в этой системе. Индукция HbF с помощью SR-18292 улучшает гематологические показатели и снижает повреждение органов у мышей с SCD. Эта малая молекула может стать новым средством для эффективного лечения SCD.

Генная терапия на основе CRISPR-Cas9 впервые получила разрешение на использование