Cercetători de la Boston Medical Center au folosit tehnologia CRISPR pentru a înţelege funcţiile genelor care provoacă emfizem şi boală pulmonară obstructivă cronică (BPOC).
Oamenii de ştiinţă au descoperit consecinţele funcţionale genetice după ce au oprit expresia genei care contribuie la patogeneza acestor boli.
„Este pentru prima dată când CRISPRi şi CRISPRa au fost aplicate în celule stem pluripotente induse umane pentru a înţelege rolul funcţional al acestora. Ne-am apropiat mai mult de a înţelege modul în care factorii ereditari contribuie la predispoziţia pentru emfizem", a declarat dr. Andrew Wilson, lector univ. dr la facultatea de medicină a universităţii din Boston.
BPOC şi emfizemul reprezintă a treia cauză de deces la nivel mondial. Emfizemul este o boală genetică complexă cauzată de o mutaţie într-o serie de gene care indică predispoziţia unor persoane de a fi mai sensibile la această boală mai mult decât altele.
Studiile de asociere la nivel de genom (GWAS) au identificat implicarea unui număr tot mai mare de gene, dar înţelegerea funcţiilor acestora şi a modului în care pot contribui la dezvoltarea BPOC şi a emfizemului a rămas limitată.
Cercetătorii au conceput un sistem folosind tehnologia CRISPR pentru a dezactiva exprimarea unei gene (CRISPRi), sau a supraexprima o genă de interes (CRISPRa), în celulele stem pluripotente induse umane (iPSC).
Oamenii de ştiinţă au crescut aceste celule şi apoi le-au diferenţiat pentru a genera celule pulmonare. Ei s-au axat pe studierea celulelor epiteliale alveolare de tip 2, care formează alveolele.
Alveolele reprezintă componentele din plămâni în care are loc schimbul de gaze, şi apar deteriorate în emfizem. Înţelegând modul în care genele GWAS afectează celulele de tip 2, cercetătorii pot înţelege mai bine modul în care aceste gene ar putea contribui la bolile care afectează aceste celule, cum este şi cazul emfizemului.
„Speranţa noastră este că acest studiu ne va ajuta să înţelegem genetica bolii, va îmbunătăţi înţelegerea modului în care apare boala la nivel celular şi va sprijini dezvoltarea de noi terapii pentru tratarea acestor afecţiuni”, a declarat la rândul său dr. Rhiannon Werder, de la Centrul de Medicina Regenerativă a centrului medical din Boston, cercetător postdoctoral la facultatea de medicină a centrului.
După ce au reuşit să genereze cellule de tip 2, cercetătorii au folosit CRISPRi pentru a dezactiva exprimarea a nouă gene GWAS diferite, pe care apoi le-au analizat pentru a vedea cum au fost afectate celulele, în special capacitatea lor de a prolifera ca răspuns la leziuni de genul emfizemului.
Cercetătorii au observat că oprirea genei DSP, care produce proteina umană, desmoplakin, a determinat celulele să-şi intensifice proliferarea şi a crescut expresia genelor asociate cu maturarea celulară. Cercetătorii au descoperit că celulele în care expresia DSP a fost oprită înainte de expunerea la fum au oprit expresia genelor joncţiunilor celulare într-o proporţie mai mare decât celulele de control.
Echipa a analizat modelele de şoarece care au avut expresia genei DSP oprită în celulele epiteliale pulmonare, în comparaţie cu şoarecii de control cu gena DSP funcţională. Oamenii de ştiinţă au descoperit că celulele de tip 2 de la şoarecii fără DSP au proliferat mai mult în urma apariţiei leziunii, descoperire care a fost în concordanţă cu constatările observate în celulele de tip 2 umane derivate din iPSC.
Conform cercetătorilor, gena DSP pare să moduleze capacitatea de proliferare a celulelor de tip 2 la momentul iniţial şi după apariţia leziunilor relevante pentru boala la om, cum ar fi expunerea la fum. Nivelurile mai scăzute ale expresiei genei DSP cresc capacitatea de proliferare a celulelor de tip 2, ceea ce le poate face mai capabile să răspundă la leziuni.
Niveluri mai ridicate de exprimare în celulele care conţin varianta genei asociată cu riscul BPOC, par să scadă gradul de proliferare al celulelor după expunerea la fum, ceea ce ar putea explica modul în care această genă contribuie la dezvoltarea acestei boli.
Oamenii de ştiinţă şi-au publicat descoperirile în Science Advances.
