Za fatální plicní infekci mohou geny

Brněnský biochemik Jan Paleček se podílí se na výzkumu geneticky podmíněného syndromu, který způsobuje smrtelné plicní infekce u dětí do jednoho roku.

„Jedná se o autosomální recesivní geneticky podmíněné onemocnění.
Což znamená, že oba chromozómy malých pacientů obsahují mutaci genu, zároveň připomínám, že každá somatická buňka v našem těle má dvě kopie téhož genu. Rodiče těchto nemocných mají jednu kopii v pořádku a druhou zmutovanou. Takže jsou zdraví. Stejně tak jsou zdravé jejich děti, na které přenesl aspoň jeden z rodičů nemutovaný gen. Pouze čtyři doposud diagnostikované děti, u kterých se sešly mutované chromozómy z obou rodičů, onemocněly a zemřely,“ vysvětluje docent doc. Mgr. Jan Paleček, Dr. rer. nat. z Národního centra pro výzkum biomololekul Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně.

Nefungující chromozómy

Buňky těchto dětí obsahovaly podle docenta Palečka mutaci genu NSMCE3, který je důležitý pro fungování komplexu SMC5/6 (SMC znamená Structural Maintenance of Chromosome). Mutace změní schopnost proteinu NSMCE3 správně se včlenit do SMC5/6 komplexu a výsledkem je špatně fungující a nestabilní komplex – množství komplexu je v buňce mnohem nižší v důsledku jeho nestability. Buňky se špatně pracujícím a nestabilním komplexem SMC5/6 mají i nesprávně fungující a nestabilní chromozómy, které jsou citlivější na poškození z vnějšku i zevnitř. „Pokud nefungují správně chromozómy v buňce, pak buňka strádá a není schopna správně vykonávat svoji roli v organismu člověka. Ukázalo se, že v případě NSMCE3 mutací jsou na tom špatně buňky imunitního systému a že jejich špatná funkce má za následek špatnou imunitní odpověď organismu nemocných. Proto pacienti kolem jednoho roku života si nebyli schopni poradit s plicními infekcemi, které jejich vrstevníci zvládli, a zemřeli,“ pokračuje Jan Paleček.

Náhoda a profesionalita

Na začátku výzkumu byla náhoda i vysoká profesionalita lékařů. V jedné holandské nemocnici v Utrechtu přijali dítě s plícními problémy. Malého pacienta se jim nepodařilo zachránit. Když se o několik let později stejný scénář opakoval i s jeho sourozencem, začali mít holandští lékaři podezření na geneticky podmíněný problém. „Klobouk dolů před nimi, protože si pamatovali a spojili dohromady dva stejné případy ze stejné rodiny. Takže na začátku to byl skutečně osud dvou sourozenců, zaujetí lékařů a možnost výzkumu s využitím nejmodernějších drahých technik,“popisuje docent Paleček.

Výzkum v Holandsku tedy začal před více než pěti lety. A před třemi lety kontaktovali holandští lékaři britské spolupracovníky ze Sussex University, aby jim pomohli s analýzou buněk a jejich chromozómů. „Díky tomu, že jsem v letech 2002 až 2006 na Sussex Unversity pracoval a znal jsem se s nimi velmi dobře, dohodli jsme se i na naší účasti v projektu. V té době jsme vyvinuli nástroje a publikovali výsledky, které se pro výzkum mutací nalezených u holandských pacientů velice dobře hodily,“ říká docent Paleček.

Utrecht, Sussex, Brno

Výzkum byl tedy organizován holandskými lékaři, konkrétně jimi byli Dr. Saskia van der Crabben a prof. Gijs van Haaften. Ti pacienty zachytili, udělali veškerá potřebná vyšetření a odběry. „Zde je nutné podotknout, že čas pracoval rychle, děti totiž do dvou týdnů podlehly plícním infekcím. Oni však díky sekvenování nové generace (NGS) zjistili, že u pacientů je zmutovaný gen NSMCE3. Protože jsme se právě tímto genem zabývali, obrátili se Holanďané na prof. Alana Lehmanna a on pak kontaktoval mě. Kolegové ze Sussex University analyzovali buněčné linie získané od pacientů a modelovali vliv mutace na protein. My jsme pomocí našich nástrojů analyzovali vliv mutace na protein experimentálně a ukázali jsme, že mutace poškodí schopnost proteinu NSMCE3 interagovat s jeho partnerem NSMCE4. Oba jsou přitom součástí komplexu SMC5/6. To má za následek vznik nekompletního a nestabilního komplexu SMC5/6 v buňkách pacientů,“ doplňuje Jan Paleček.

Nutnost doplnění dat

Získaná data chtěli badatelé publikovat v odborném tisku. Časopis ale studii v tomto stadiu výzkumu odmítl s argumentem, že dva pacienti nestačí. Vydavatelství požadovalo další důkazy, že mezi NSMCE3 mutací a zdravotními problémy pacientů je přímá spojitost. „Díky americké databázi mutací spojených s lidskými onemocněními našli holandští kolegové další dva obdobné případy v USA. Američtí lékaři z Baylor College of Medicine – obdobným způsobem a nezávisle na Holanďanech – zachytili dvě děti z jedné americké rodiny, které měly srovnatelné zdravotní problémy a které zemřely na plicní infekce. Opět se ukázalo, že děti měli mutace v NSMCE3 genu. Jednu stejnou mutaci jako holandské děti a druhou mutaci ještě horší, jak se vyjevilo z analýzy. I v tomto případě jsme pomocí našich nástrojů experimentálně zjistili, že mutovaný protein NSMCE3 ztrácí schopnost interagovat se svými partnery. Mutace byla horší a narušila interakci nejenom s NSMCE4, ale i s NSMCE1 partnerem,“ popisuje docent Paleček. Poté, co byla do článku přidána data o amerických pacientech a analýza škodlivější mutace, byl článek již bez problému přijat.

Mnoho otazníků

Vzhledem k tomu, že se jedná o geneticky podmíněnou chorobu, mohou být pacienti plně vyléčeni jedině „nápravou“ mutace, což zatím nepřipadá v úvahu. V případě amerických dětí byly jednomu z nich transplantovány plíce, což mu prodloužilo život o více než rok. „Z hlediska dnešních poznatků o této nemoci a existujících terapeutických metod se jeví transplantace kostní dřeně jako nejlepší způsob, jak těmto pacientům zlepšit imunitu. Buňky imunitního systému od dárce kostní dřeně jim pomohou s nedostatečnou vlastní imunitou zapříčiněnou NSMCE3 mutací. V tuto chvíli ale nevíme, o kolik let (a jak moc) terapeutický postup pacientům život prodloužil. Komplex SMC5/6 je totiž zatím málo prozkoumat. A nevíme, co všechno mutace NSMCE3 genu/proteinu způsobí, jaký bude například další vývoj dítěte, jaké bude riziko vzniku rakoviny,“ zamýšlí se Jan Paleček.

Hledají české pacienty

K plnému pochopení funkce SMC5/6 komplexu a jeho podjednotek (jako je NSMCE3) je tedy třeba ještě mnohaletého výzkumu. To, co víme dnes, je výsledkem práce mnoha výzkumných skupin, zabývajících se tímto komplexem více než dvacet let (docent Jan Paleček ho například zkoumá už patnáct let). „Již v rámci své diplomové práce jsem se zajímal o strukturu chromozómů. Od roku 2002 se věnuji právě SMC5/6 komplexu, který hraje významnou roli v utváření a zachování struktury chromozómů. Začal jsem v roce 2002 na Sussex University u prof. Lehmanna, teď vedu vlastní skupinu Strukturních proteinů eukaryotických chromozómů. Tímto komplexem se zabýváme, protože je velice zajímavý z hlediska architektury, jde o příklad krásného nanostroje. Svůj význam má i z hlediska funkce. A jak vidno z nově objeveného onemocnění, je důležitý pro chromozómy, pro buňky a pro zdraví člověka. O SMC5/6 komplexu skutečně víme málo. V naší laboratoři se snažíme pochopit, jak je poskládán dohromady a co takto sestavený komplex dělá uvnitř buňky na molekulární i buněčné úrovni,“přibližuje Jan Paleček

Z hlediska mutací NSMCE3 podjednotky se tým docenta Palečka snaží najít pacienty v České republice. „Zajímá nás, zda jsou u nás rodiny s výše popsanými, anebo zcela odlišnými mutacemi. Pokud se ukáže, že existují i jiné mutace než ty dvě dosud objevené, tak se budeme snažit analyzovat i jejich dopad na funkci komplexu SMC5/6,“ plánuje docent Jan Paleček.

Ohodnoťte tento článek!