Alveoläre Kapilläre Dysplasie , Ursache gefunden, CRISP Technologie, Mausmodell

www.sciencedaily.com/releases/2019/06/19...lh1la2KlAdDMsildhH84

siehe auch

www.springermedizin.de/kongenitale-alveo...re-dysplasie/8047564

Forscher finden die Ursache für eine seltene, tödliche Krankheit, die die Lippen des Babys und die Haut blau macht.
Mit der CRISPR-Technologie entwickelte Mausmodelle führen zu einer möglichen Behandlung von Nanopartikeln.

Verabredung:
    19. Juni 2019
Quelle:
    Cincinnati Kinderkrankenhaus Medizinisches Zentrum
Zusammenfassung:
    Wissenschaftler verwendeten eine Genbearbeitungsmethode namens CRISPR/Cas9, um Mäuse zu erzeugen, die eine tödliche Atemwegserkrankung bei Neugeborenen nachahmen, die ihre Lippen und Haut blau werden lässt. Das neue Labormodell ermöglichte es den Forschern, die Ursache der Erkrankung zu lokalisieren und eine potenzielle und dringend benötigte nanopartikelbasierte Behandlung zu entwickeln. Die meist unheilbare, alveoläre Kapillardysplasie mit Fehlstellung der Lungenvenen (ACDMPV) trifft Säuglinge in der Regel innerhalb eines Monats nach der Geburt.
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VOLLSTÄNDIGE GESCHICHTE

Wissenschaftler verwendeten eine Genbearbeitungsmethode namens CRISPR/Cas9, um Mäuse zu erzeugen, die eine tödliche Atemwegserkrankung bei Neugeborenen nachahmen, die ihre Lippen und Haut blau werden lässt. Das neue Labormodell ermöglichte es den Forschern, die Ursache der Erkrankung zu lokalisieren und eine potenzielle und dringend benötigte nanopartikelbasierte Behandlung zu entwickeln.

Meistens unbehandelbar, Alveolarkapillardysplasie mit Fehlstellung der Lungenvenen (ACDMPV) trifft normalerweise Säuglinge innerhalb eines Monats nach der Geburt, so Forscher am Cincinnati Children's Hospital Medical Center, die Ergebnisse im American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine veröffentlichen. Die Krankheit verhungert das pulmonale Sauerstoffsystem, nachdem sich die Blutgefäße der Lunge während der Organentwicklung nicht richtig gebildet haben. Das Fehlen winziger Blutgefäße, genannt Alveolarkapillaren, verursacht Hypoxie, Entzündungen und Tod.

"Es gibt keine anderen wirksamen Behandlungen als eine Lungentransplantation, so dass der Bedarf an neuen Therapeutika dringend ist", sagte Vlad Kalinichenko, MD, PhD, am Cincinnati Children's Perinatal Institute Center for Lung Regenerative Medicine und leitender Studienforscher. "Wir haben eine therapeutische Strategie mit Nanopartikeln identifiziert, um die Anzahl der Alveolarkapillaren zu erhöhen und die Atmungsfunktion für mindestens eine Teilmenge der Babys mit dieser angeborenen Lungenerkrankung zu erhalten."

Die Krankheit ist seit langem mit Mutationen im FOXF1-Gen verbunden, einem wichtigen Regulator der embryonalen Lungenentwicklung. Das verbleibende Geheimnis bis zu dieser Studie sind präzise mikrobiologische Prozesse, die ACDMPV antreiben, so die Forscher.

Aufdecken der STAT3-Verbindung

In Zusammenarbeit mit dem Team von Dr. Pawel Stankiewicz am Baylor College of Medicine in Houston analysierte das Kalinichenko-Labor genetische Informationen aus menschlichen ACDMPV-Fällen, um das erste klinisch relevante Tiermodell von ACDMPV zu generieren. Sie verwendeten CRISPR/Cas9, um menschliche FOXF1-Mutationen in der Maus nachzubilden. CRISPR-Cas9 ermöglicht eine präzise Genbearbeitung, indem es mit einem Enzym bestimmte Abschnitte einer DNA-Sequenz ausschneidet und die losen Enden an einem gewünschten Punkt wieder anbringt, um das Erbgut einer Zelle zu verändern.

Mit klinisch genauen Mausmodellen der Krankheit ACDMPV konnten die Wissenschaftler eine lange Hürde nehmen, um zu verstehen, wie sich die Krankheit entwickelt, schreiben die Autoren.

Die Arbeit stützte sich auch auf umfangreiche bioinformatische Analysen von klinischen und Labordaten aus biologischen Tests. Dazu gehört eine Technik namens ChIP-Seq (die Protein-DNA-Interaktionen analysiert) und die gesamte Exom-Sequenzierung (die die Anordnung aller proteincodierenden Bereiche von Genen offenbart).

Durch die Untersuchung von Protein-DNA-Interaktionen, die mit dem FOXF1-Gen in Lungenzellen verknüpft sind, fanden die Studienautoren eine spezifische Punktmutation mit FOXF1 an der S52F-DNA-Bindungsstelle des Kernproteins von FOXF1. Die Mutation blockierte die molekulare Signalübertragung an mehrere nachgelagerte Zielgene, die an der Bildung von Lungenblutgefäßen beteiligt sind.

Sie entdeckten auch, dass das mutierte Protein S52F FOXF1 nicht mit einem Protein namens STAT3 interagierte. Die Verbindung ist entscheidend für die Stimulierung der Entwicklung von Blutgefäßen in der neonatalen Lunge. Dies führte zu einem Mangel an STAT3 bei der Lungenentwicklung und einer unsachgemäßen Bildung des Lungenkreislaufs.

Forscher fanden auch STAT3-Mangel in gespendeten Proben von ACDMPV-Patienten, die spezifische Punktmutationen im FOXF1-Gen hatten. Die Autoren theoretisierten, dass die Behandlung von neugeborenen Mäusen mit STAT3 die Entwicklung der Blutgefäße in der Lunge stimulieren würde, aber sie mussten herausfinden, wie man das Protein in die Lunge bringt.

STAT3 Nanopartikel-Lösung

Die Forscher wandten sich der Nanopartikeltechnologie zu, um ein STAT3-Mini-Gen in die Lunge von neugeborenen Mäusen zu bringen. Sie entwickelten eine neuartige Formulierung für so genannte Polyethylenimin-(PEI)-Nanopartikel.

Die gelatineähnlichen PEI-Nanopartikel können therapeutisches genetisches Material zu verschiedenen Körperteilen tragen, indem sie es intravenös an Patienten verabreicht werden. Verschiedene Formulierungen von PEI-Nanopartikeln werden derzeit in klinischen Studien für Erwachsenenkrebs an anderen Institutionen getestet, so die Studienautoren.


Therapeutic administration of STAT3 DNA to newborn mice with the S52F FOXF1 mutation restored the ability of endothelial cells to form pulmonary blood vessels. This stimulated blood vessel growth in the animals and the formation of air sacs called alveolar.

"If the efficacy of PEI nanoparticles is confirmed in the clinical trials under way for adult cancer, PEI could be considered for STAT3 gene therapy in infants with ACDMPV," Kalinichenko said. "Considering that ACDMPV is a rare disease, a multicenter clinical trial would be needed to assess the efficacy of STAT3 gene therapy in ACDMPV newborns and infants."

The study's first author is Arun Pradhan, PhD, a researcher who works in the Kalinichenko laboratory.

Funding support for the study came from the National Institutes of Health (HL84151, HL141174, HL123490, HL137203, HL132849 and grants from the National Organization for Rare Disorders.

Story Source:

Materials provided by Cincinnati Children's Hospital Medical Center. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

    Arun Pradhan, Andrew Dunn, Vladimir Ustiyan, Craig Bolte, Guolun Wang, Jeffrey A Whitsett, Yufang Zhang, Alexey Porollo, Yueh-Chiang Hu, Rui Xiao, Przemyslaw Szafranski, Donglu Shi, Paweł Stankiewicz, Tanya V. Kalin, Vladimir V. Kalinichenko. The S52F FOXF1 Mutation Inhibits STAT3 Signaling and Causes Alveolar Capillary Dysplasia. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 2019; DOI: 10.1164/rccm.201810-1897OC

deepL, ohne Gewähr