oznámení 1. lékařské fakulty UK
„Nový objev, který byl učiněn na geneticky modifikovaných myších modelech, může být potencionálně využit při léčbě lidské leukemie,“ vysvětluje vedoucí laboratorní skupiny z Ústavu patologické fyziologie 1. LF UK doc. MUDr. Tomáš Stopka, Ph.D.
Nově objevené mechanismy popsali autoři Mgr. Petra Bašová, Mgr. Vít Pospíšil, Ph.D. a další vědci z laboratorní skupiny docenta Stopky ve svém článku s názvem: „Aggressive acute myeloid leukemia in PU.1/p53 double-mutant mice“, který v těchto dnech vychází v časopise Oncogene, jenž je součástí nakladatelství Nature Publishing Group. Časopis Oncogene patří mezi nejvýznamnější světová odborná periodika z oblasti experimentální onkologie s významnou vědeckou citovaností a impact faktorem. Článek popisuje identifikaci molekulárního mechanismu, jež se účastní vzniku agresivní akutní myeloidní leukemie (AML), pomocí vysoce sofistikovaných genetických a epigenetických přístupů v myším modelu.
AML je nádorové onemocnění krve, jež v řádu dní vede k expanzi nádorové masy, zaplavení organismu nádorovými buňkami a eventuálně i k úmrtí, pokud není poskytnuta okamžitá léčba. Příčiny vzniku AML a četné rozdíly v agresivitě onemocnění jsou přes intenzivní výzkum dosud nejasné. Prognóza tohoto onemocnění závisí na mnoha faktorech, především na stáří pacienta, efektu léčby a biologických vlastnostech – mutacích a dysfunkcích genů spojených s AML. Patofyziologickou podstatou AML je porucha tvorby funkčních krevních buněk, jejichž vývoj se zablokuje na úrovni nefunkčních, rychle a nekontrolovaně se množících primitivních buněk – blastů, což způsobí jejich masivní infiltraci. Blasty postupně osídlí většinu prostoru kostní dřeně, čímž výrazně omezí normální krvetvorbu a poté expandují do celého těla. Následkem je nedostatek zdravých imunitních buněk – bílých krvinek, porucha srážlivosti z nedostatku krevních destiček a těžká chudokrevnost z nedostatku červených krvinek. Vedle poškození krvetvorby je velkým problémem AML také expandující nádorová masa, která je tělu přítěží a zhoršuje srdeční funkce a metabolismus, kumuluje se v orgánech (například ve slezině či játrech) a v neposlední řadě zvyšuje riziko náhlého úmrtí.
„Co víme o biologické podstatě agresivity u AML? Obecně jsou v buňkách přítomny bílkoviny, jež brání vzniku nádorů a naopak jiné bílkoviny, které mohou nádory způsobit. Říkáme jim ANTIONKOGENY a ONKOGENY,“ říká dále docent Stopka. Typickým příkladem antionkogenu (či také tumor-supresoru) je protein p53, jež je známý jako „strážce“ genomu, schopný rozpoznat v buňce poškozenou DNA a iniciovat její opravu nebo alternativně eliminaci dané buňky. Mutace p53 jsou popsané až u 50 % nádorů a často se vyskytují zejména u agresivních onemocnění včetně AML. Mutace genu p53 v myši vede ke tvorbě spontánních krevních nádorů, ale nezpůsobuje AML. Dalším antionkogenem je protein – transkripční faktor s názvem PU.1, jenž hraje klíčovou roli v procesu krvetvorby tím, že „zapíná“ geny specifické pro krevní buňky. V roce 2004 byl vytvořen a v časopise Nature Genetics publikován myší model, který má mutovaný PU.1 gen tak, že PU.1 protein je syntetizován pouze v malém množství. Následná analýza myších mutantů PU.1 ukázala, že nedostatečná hladina PU.1 není schopna zabránit vzniku AML. Z toho vyplývá, že nedostatek PU.1 či p53 vede k nádorovému onemocnění krvetvorby. Autoři článku si položili otázku, zda ztráta obou antionkogenů PU.1 a p53 ve srovnání se ztrátou jednoho či druhého antionkogenu povede k agresivnějšímu onemocnění.
Mechanismus vzniku a průběhu AML spočívá z navazujících mutacích v kostní dřeni vedoucích k různě agresivnímu leukemickému klonu blastů, který je následně vyplavován do krve. Představme si, že mutace způsobující AML (v genu PU.1) tvoří tzv. kostru představující prvotní mutaci, na kterou mohou být navěšeny mutace jiných molekul, například mutace (v genu p53) modifikující průběh AML. Tento předpoklad se potvrdil a skutečně zkřížením uvedených dvou myších modelů s mutací genů PU.1 a p53 vznikl unikátní model AML, jež vzniká mnohem časněji a má agresivnější průběh. Dochází k rychlému metabolickému rozvratu a hubnutí, obřím velikostem orgánů sleziny a jater, k rozsáhlejšímu zaplavení nádorovou masou a k úpornějšímu rozvratu krvetvorby. Tyto agresivní znaky AML vedou ke zkrácenému přežívání.
Autoři si tedy položili otázku: Jak mutace PU.1 a p53 způsobí zvýšenou agresivitu AML? Řešení této otázky napomohlo překvapivé zjištění, že agresivní AML vykazovala ještě výraznější snížení hladiny jednoho ze studovaných antionkogenů, PU.1. Tedy, čím nižší hladina PU.1, tím agresivnější AML? Autoři se shodují, že následné experimenty s manipulací hladiny PU.1 i p53 podporují tuto hypotézu. Do dnešní doby nebylo známo, jak může p53 a PU.1 geneticky interagovat – to znamená, jak obě molekuly dohromady vedou k jinému, závažnějšímu projevu onemocnění. Blasty agresivní AML navíc vykazují přítomnost molekuly označované jako miR-155, jež je malou nekódující molekulou RNA označovanou jako mikroRNA, jež efektivně snižuje hladinu PU.1 v nádorových buňkách u dvojitě mutantních myší. Mezičlánek mezi p53 a PU.1 v agresivní AML byl nalezen! Vztah mezi p53 a PU.1 ještě doplnila další molekula označovaná jako onkogen MYB, jež byl v minulosti již spojen se vznikem AML, ale o roli v agresivní AML se doposud nevědělo. Autoři objevili novou molekulární dráhu agresivní AML spojující geny: p53, MYB, miR-155 a PU.1. Uvedené molekuly představují dva onkogeny (MYB a miR-155) a dva antionkogeny (p53 a PU.1). Z výsledků je patrné, že se podařilo vytvořit funkční model agresivní AML, který zahrnuje vliv mutací antionkogenů (PU.1, p53) na vznik a průběh AML.
Autoři se následně zaměřili na pacienty s AML a pokusili se identifikovat popsaný mechanismus u zvláště agresivních forem lidské AML. Práce jednoznačně ukazuje, že popsaná molekulární dráha, jež byla identifikována na myších modelech, existuje i v lidské AML. Navíc bylo ukázáno, že lze ovlivňovat jednotlivé členy této dráhy tak, aby došlo k znovuobnovení krvetvorných procesů. Spolupráce na tomto projektu propojila jednak základní výzkum využívající myší modely na 1. lékařské fakultě UK s aplikovaným výzkumem na Klinice hematologie VFN v Praze s přispěním lékařky MUDr. Anny Jonášové. Práce by nikdy nevznikla bez podpory grantu GAČR a projektu UNCE Univerzity Karlovy. Vědecký tým je také jednou z vědeckých skupin účastnících se na vzniku vědeckého ústavu Biocev ve Vestci u Prahy.
Tato práce odhaluje nový molekulární mechanismus řídící vznik a průběh závažného onemocnění AML. Rozvíjí i navazující výzkumné projekty, jež jsou aktuálně zaměřeny na potenciální využití myších modelů v hematoonkologii. Vedle holých poznatků o molekulách ovlivňujících vznik a vývoj AML práce rozvíjí porozumění v často složité spleti rozličných mutací a dává těmto genetickým projevům funkční obsah.
Závěry originální publikace:
1. Agresivní AML je spojena s nedostatkem/chyběním antionkogenů PU.1 a p53, jejichž koincidence zhoršuje průběh AML.
2. Projev agresivní AML obsahuje vyčerpání metabolických rezerv, selhání krvetvorby, expanzi nádorové masy, to vše vedoucí ke zkrácenému přežívání organismu.
3. Byla objevena nádorově-specifická dráha mezi antionkogeny (p53 a PU.1) hrajícími důležitou roli v AML zahrnující dva onkogeny (miR-155 a MYB).
4. Mutace PU.1 a p53 poškodí rovnováhu mezi antionkogeny a onkogeny vedoucí k nádorové transformaci. Naopak, restaurováním produkce PU.1 (či dalších členů nově prokázané dráhy) lze znovuobnovit tuto rovnováhu a tím obnovit i základní vlastnosti poškozené krvetvorby.
5. Práce předkládá výsledky multidisciplinárního týmu z univerzitního vědecko-pedagogického pracoviště a klinického hematologického centra, jež jsou veskrze základním výzkumem propojujícím molekulární genetiku s experimentální a klinickou hematologií.
