Первая в мире модель врожденной гипоплазии гипофиза, разработанная с использованием полученных от пациента клеток iPS

Первая в мире модель врожденной гипоплазии гипофиза, разработанная с использованием полученных от пациента клеток iPS
                Использование специфических для болезни клеток iPS для выяснения причин и патогенеза врожденной гипоплазии гипофиза. Предоставлено: Университет Кобе.

Исследователи из Высшей медицинской школы Университета Кобе разработали первую в мире модель врожденной гипоплазии гипофиза (CPH) с использованием клеток iPS, полученных от пациентов. Исследовательская группа, состоящая из доцента TAKAHASHI Yutaka, медицинского исследователя Мацумото Рюсаку и профессора Aoi Takashi et al. удалось использовать модель для освещения механизмов, лежащих в основе CPH. Команда пыталась применить эту модель к другим заболеваниям гипофиза и открытию лекарств.
                                                                                       

Результаты этого исследования были опубликованы в американском научном журнале J Clinical Investigation 17 декабря 2019 года.

Фон исследования

Гипопитуитаризм, вызванный CPH, не редкость и иногда опасен для жизни. Пациенты с этим заболеванием нуждаются в заместительной гормональной терапии на протяжении всей жизни. Причины и основные механизмы не совсем понятны.

Предыдущие исследования гипофизарных заболеваний проводились в основном на животных моделях, таких как нокаутированные мыши. Однако иногда существуют различия в фенотипах между животным и человеком. Это означает, что человеческие модели необходимы для полного понимания механизмов таких заболеваний.

В последние годы iPS (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки) использовались для разработки моделей заболеваний, регенеративной медицины и открытия лекарств. Кроме того, был разработан метод с использованием клеток iPS для индукции дифференцировки как гипофиза, так и гипоталамуса in vitro; однако это еще не было применено к моделированию заболеваний гипофиза.

Имея это в виду, исследователи из Высшей медицинской школы Университета Кобе применили эту стратегию для разработки человеческой модели CPH in vitro с использованием клеток iPS для понимания патофизиологии и причин заболевания.
            Первая в мире модель врожденной гипоплазии гипофиза, разработанная с использованием полученных от пациента клеток iPS
                Мутированные клетки OTX2-iPS продуцируют недостаточное количество фактора транскрипции LHX3, необходимого для дифференцировки гипофиза. Предоставлено: Университет Кобе.

Методология исследования

iPS-клетки были получены из образцов крови, взятых у пациента с CPH. У этого пациента наблюдалась врожденная гипоплазия гипофиза, и он проходил заместительную гормональную терапию. Эти полученные от пациента клетки iPS были использованы для выяснения основных механизмов in vitro. Интересно, что контрольные iPS-клетки дифференцируются в гормон-продуцирующие клетки; однако клетки iPS, полученные от пациентов с CPH, не могли дифференцироваться в эти клетки. Дальнейший анализ процесса дифференцировки показал, что транскрипционный фактор LHX3, который необходим для дифференцировки гипофиза, не экспрессировался в предшественнике гипофиза из клеток iPS, полученных от пациента. Анализ секвенирования Exome выявил мутацию в гене OTX2 и то, что его функция была нарушена. Исправление мутации OTX2 в клетках iPS, полученных от пациента, восстанавливало способность дифференцировки гипофиза, демонстрируя, что мутация OTX2 была ответственной.

Взаимодействия между гипофизом и соседним гипоталамусом важны для дифференцировки и регуляции гипофиза. Преимущество этой модели заключается в том, что она может одновременно развивать гипофиз и гипоталамус in vitro из клеток iPS. Это позволило исследователям выяснить значимость взаимодействия между этими тканями. Они пояснили, что гипоталамус ответственен за заболевание, выполняя эксперименты по формированию химеры с использованием как iPS-клеток пациента, так и здоровых iPS-клеток. Последующий анализ показал, что FGF10 (фактор роста фибробластов 10) из гипоталамуса играет основную роль в экспрессии фактора транскрипции LHX3 в гипофизе. Кроме того, уровни экспрессии LHX3 были восстановлены путем добавления FGF10 in vitro. Эти результаты показали, что причиной является дефицит FGF10 в гипоталамусе, связанный с мутацией OTX2.


            Первая в мире модель врожденной гипоплазии гипофиза, разработанная с использованием полученных от пациента клеток iPS
                Механизмы, лежащие в основе мутации OTX2, вызвали гипоплазию гипофиза. Предоставлено: Университет Кобе.

В совокупности мутация OTX2 вызвала снижение FGF10 в гипоталамусе, что привело к недостаточной экспрессии LHX3 в эктодерме полости рта, которая является предшественником гипофиза. Следовательно, потеря LHX3 вызывает апоптоз клеток-предшественников, следовательно, вызывает нарушение развития гипофиза. Эти основные механизмы были впервые освещены в этом исследовании.

Эта модель заболевания гипофиза с использованием клеток iPS человека прояснила подробные основные механизмы, которые животные модели не смогли выявить.

Первая в мире модель врожденной гипоплазии гипофиза, разработанная с использованием полученных от пациента iPS-клеток
                Разработка моделей заболеваний гипофиза с использованием специфических для болезни клеток iPS. Предоставлено: Университет Кобе.

Дальнейшие исследования

Это исследование выявило патофизиологию CPH через специфические для заболевания клетки iPS. Кроме того, модель также была полезна для понимания процесса дифференциации гипофиза у людей.

Эта исследовательская группа также исследует причины, патогенез и лечение других заболеваний гипофиза (таких как аутоиммунные заболевания и опухоли гипофиза), используя ту же стратегию. В частности, они продолжают разрабатывать модели заболеваний гипофиза, чтобы исследовать патофизиологию и точные механизмы, лежащие в основе «синдрома антител против PIT-1», который является новым типом аутоиммунного заболевания гипофиза, который команда установила как новый клинический объект. Используя эту модель, они уже продемонстрировали антигенную презентацию эпитопа белка PIT-1 на клетках передней доли гипофиза, полученных из клеток iPS пациента.

Кроме того, существует множество других неизлечимых заболеваний гипофиза, причины которых остаются неизвестными. Есть надежда, что эти методы исследования заболеваний на основе iPS-клеток приведут к выяснению основных механизмов и открытию лекарств.

Spread the love