|
| ||||||
|
Genetic Center |
версия для печати Фармакологические подходы к коррекции основного дефекта при муковисцидозе
Pharmacologic Approaches to Correcting the Basic Defect in Cystic Fibrosis Gergely L. Lukacs, M.D., Ph.D., and Peter R. Durie, M.D. The New England Journal of Medicine, Volume 349, Number 15:1401-1404 http://content.nejm.org/cgi/content/full/349/15/1401
Муковисцидоз - гетерогенное заболевание, обусловленное мутацией гена трансмембранного транспортного регулятора (1) - [ cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gene] Продукт гена CFTR, регулирующего хлоридный канал, локализуется на апикальной мембране секреторного и реабсорбирующего эпителия пораженных органов и способствует трансэпителиальному движению воды и солей путем перемещения ионов хлора через плазматическую мембрану. Хотя механизм, лежащий в основе CFTR -индуцированной регуляции активности транспорта хлора в основном известен, другие исполнительные функции менее понятны. Выявлено более 1000 мутаций гена CFTR ( http://www.genet.sickkids.on.ca/cftr/ ), которые ведут к изменению или отсутствию передвижения хлора, клинически это проявляется в виде хронического инфекционного бронхолегочного заболевания, недостаточности поджелудочной железы, кишечной непроходимости, бесплодия у мужчин, и повышением содержанием хлора в поте. Прогрессирующая легочная патология остается основной причиной высокой заболеваемости и смертности. Терапия направлена на контроль за сопутствующими заболеваниями и включает антибиотикотерапию и физиотерапию для легочной патологии, панкреатические ферменты и пищевые добавки для лечения панкреатической недостаточности и нарушения питания. По данным клинического опыта, агрессивная симптоматическая терапия увеличивает продолжительность жизни больных муковисцидозом в развитых странах. Однако этот успех не касается симптомов первичного дефекта при муковисцидозе, и такие больные продолжают нести значительный груз заболеваний и преждевременно умирают. Новые стратегии в терапии направлены на коррекцию или «обман» дефекта, возникшего в результате генетической патологии CFTR. С тех пор как в этом направлении отмечался незначительный успех - основной задачей стало восстановление дефектного гена CFTR и начали разрабатываться альтернативные подходы терапии. Наиболее общий подход - идентифицировать и управлять метаболитами, которые могут восстановить транспортную активность продукта гена CFTR (см. рисунок). Причиной ослабления или отсутствия функционирования каналов в плазматической мембране являются три больших клеточных дефекта, отдельно или в комбинации: снижение
продукции CFTR , утрата функции плазматической мембраной и белковая нестабильность. Мутантный CFTR также вмешивается в регуляцию других транспортеров, таких как эпителиальный натриевый канал. Каждая категория мутации имеет различные последствия. Например, миссенс, нонсенс, делеция или инсерция могут изменять конечный продукт гена CFTR во время транскрипции или сплайссинга или на посттрансляционном уровне (см. рис). Наиболее распространенная мутация, составляющая около 2/3 от общего количества мутаций, являющихся причиной муковисцидоза, является делеция фенилаланина в позиции 508 (∆F508). Данная мутация снижает способность продукта гена CFTR упаковываться на эндоплазматическом ретикулуме, тем самым способствует снижению уровня синтезируемого белка (см. рис.). В некоторых тканях, небольшие фракции ∆F508 CFTR достигают поверхности клеток, где они снижают способность каналов к стимуляции и уменьшают их устойчивость. Следующими по частоте мутаций в гене CFTR являются нонсенс мутации, которые составляют 2-5%. Однако почти 60% больных муковисцидозом евреев ашкенази имеют по крайней мере один вид изменений при нонсенс гене (таких как, R553X, G6542X, или W1282X). Локализация окончания трансляции каждой нонсенс мутации детерминируется длиной пропущенного С-терминала CFTR, и конечный белок становится или нефункционирующим, или нестойким (см. рис.). Зависящая от локализации и природы мутировавшей аминокислоты пропущенная мутация имеет множественные функциональные последствия. Несколько усиливается освобождение и деградация продукция гена CFTR на клеточной поверхности или вмешивается в его нерегулируемый рецикл в клеточной мембране. Другие мутации избирательно понижают активацию ионного проводника CFTR (например, G551D) в плазматической мембране. Хотя индивидуальные пропущенные мутации встречаются редко, они вместе составляют 30-35% от всех CFTR мутаций. Работа Wilschanski с соавторами в этом номере журнала (стр. 1433-1441) ( http://content.nejm.org/cgi/content/full/349/15/1433 ) иллюстрирует потенциальную важность фармакологической модуляции дисфункционирующего продукта гена CFTR . Исследователи рассмотрели преимущество способности аминогликозидов переносить преждевременный стоп-кодон посредством дискорпоративной аминокислоты, имеющий аналогичный кодон на такую же в терминальном кодоне (например, Arg553x переключаемая на 553Tyr, 533Lys или 533Trp). Они показывают, что местное воздействие гентамицина на эпителий слизистой оболочки носа у больных с муковисцидозом коррегирует электрофизиологический дефект in vivo и усиливает аккумуляцию иммунореактивного CFTR в плазматической мембране культивированных клеток. Эти данные имеют большую значимость, причем не только при муковисцидозе. Например, преждевременная трансляционная остановка корригируется воздействием на аминокислоту в моделях клеточных культур различных генетических болезней, включая мышечную дистрофию Дюшенна, синдром Гурлер и цистиноз. Хотя аминогликозиды являются одобренными препаратами, их способность предотвращать или улучшать прогрессирование бронхолегочной патологии демонстрируется при длительном, плацебо-контролируемом исследовании. И далее, потенциальная системная токсичность при длительной терапии аминогликозидами должна быть оценена на столько хорошо, на сколько возможны побочные функциональные последствия «читаемые посредством» дискорпорации аминокислот в других цепях полипептидов. Фармакологические внедрения облегчают сложение и дефекты активности выбранных мутаций CFTR in vitro. Например, сообщалось, что 4-фенилбутират, препарат для лечения нарушений мочевой системы у детей, может увеличивать количество функциональных ∆F508 CFTR на клеточных поверхностях in vitro. Кроме того неспецифическая стимулирующая транскрипция канала (см. рисунок), 4-фенилбутират регулирующего концентрацию белков, отвечающих за теплообмен, сопровождает упаковку и деградацию продукта гена CFTR и других полипептидов. Как показано, 4-фенилбутират необходим для коррекции дефекта мутировавшего альфа1-антитрипсина в крысиной модели болезни человека, вызывающей цирроз печени и эмфизему. Эти обнадеживающие результаты легли в основу клинических опытов, рассчитанных на улучшение выражения функциональных ∆F508 CFTR у пациентов с муковисцидозом. Изучение химического и фармакологического проводников придает большое значение возможности маленьких молекул возвращать клеточный фенотип при различных заболеваниях, таких как муковисцидоз. Эти натуральные или синтетические молекулы стабилизируют родственную конформацию мутантных полипептидов, и таким образом помогают их межклеточному продвижению на поверхности клеток. Химические проводники неспецифичны, тогда как фармакологические проводники способствуют соединению специфических ассоциаций и формированию конечного полипептида. Хотя большинство химических проводников (например, глицерол) довольно токсичны для клинического использования, в исследованиях in vitro демонстрируется возможность использования химических проводников в необходимой концентрации для восстановления функции хлоридных каналов и коррекции мутантного гена CFTR , продуцирующего дефект упаковки протеина. Хотя идентифицированы только фармакологические проводники для мутантного CFTR гена, конформационные дефектные варианты рецепторов вазопрессина, опиоидного и гонадотропин-высвобождающего гормона могут быть корригированы in vitro проникающими через клетку фармакологическими проводниками. В заключение, проводится высоко производительный скрининг больших библиотечных составляющих с использованием недавно проведенного функционального клеточного анализа для идентификации маленьких молекул, способных корригировать активность плазмомембранного канала G551D и ∆F508 CFTR в очень низких концентрациях. Хотя клиническое использование этих обнадеживающих исследований требует существенного вложения времени, работы и денег, они демонстрируют потенциальную значимость этого метода для идентификации фармакологических агентов, которые будут корригировать клеточный фенотип при муковисцидозе и других заболеваниях, причина которых кроется в нарушениях упаковки конечного продукта.
References
Референт – Васильева Ю.И. |
