Хотя с CDH связаны многие генетические мутации, новое исследование Медицинской школы Университета штата Юта является первым, демонстрирующим связь между генетической изменчивостью и физиологическим механизмом, приводящим к дефектам диафрагмы. Исследование указывает на решающую роль соединительной ткани в CDH и в обеспечении нормального развития диафрагмы. Эти результаты будут опубликованы 25 марта 2015 г. в журнале Nature Genetics.
Подобные исследования могут подсказать врачам, когда и как CDH возникает в процессе развития плода, открывая двери для профилактического лечения. «Мы узнали, что эти дефекты возникают очень рано – намного раньше, чем предполагалось ранее», – говорит Габриэль Кардон, доктор философии.D., доцент кафедры генетики человека и главный исследователь.
Она подчеркнула, что в настоящее время нет терапевтических вмешательств для предотвращения CDH, и даже при хирургическом наложении диафрагм CDH «тихо убивает половину пораженных детей», имея в виду 50-процентный уровень смертности от этого состояния. Ее лаборатория готова проверить, могут ли лекарства предотвратить врожденный дефект на животных моделях.
Исследование началось с вопроса развития: как строится диафрагма по мере роста эмбриона? Диафрагма – единственная важная скелетная мышца.
Он необходим для дыхания и действует как барьер, отделяющий печень и кишечник от сердца и легких. Хотя известно, что зрелая диафрагма состоит из куполообразной мышцы, окруженной соединительной тканью, которая прикрепляется к сухожилиям и костям, то, как развивается диафрагма, оставалось загадкой.
Исследователи генетически пометили разные популяции клеток у мышей – метод, используемый для визуализации того, как клетки объединяются, образуя диафрагму. К удивлению, они обнаружили, что клетки соединительной ткани являются ключевыми: они посылают молекулярные сигналы, которые говорят мышечным клеткам, как правильно собираться.
Если соединительная ткань важна для нормального развития диафрагмы, она также может быть вовлечена в CDH. «У нас есть много данных, свидетельствующих о том, что CDH возникает из-за генетических мутаций», – говорит Кардон. "Но нет линии, связывающей генетическую мутацию с дефектом диафрагмы.«Команда увидела, что у мышей в клетках соединительной ткани диафрагмы экспрессируется ген Gata4. Мутации в том же гене сильно коррелировали с CDH у людей. Это предполагает, что генетические дефекты в соединительной ткани могут быть причиной CDH.
Они проверили свою гипотезу, заставив замолчать ген Gata4 в клетках соединительной ткани и наблюдая, как это влияет на развитие.
В каждом случае, когда ген Gata4 был «нокаутирован», у мыши развивалась грыжа диафрагмы.
Но как образуется грыжа? Удивительно, но грыжи образовались не из отверстия в диафрагме, как предполагалось. Без Gata4 в соединительной ткани мышцы развиваются не полностью, создавая локализованную область, полностью состоящую из соединительной ткани.
По мере того, как растущая печень давит на это слабое место, диафрагма в конечном итоге поддается, и печень выпячивается.
Их генетические исследования, опирающиеся на компьютерные модели, созданные в сотрудничестве с биоинженерами, показывают, что CDH развивается только тогда, когда более слабая область соединительной ткани окружена более сильной мышечной тканью; как ни странно, диафрагмы, полностью состоящие из соединительной ткани, не вызывают грыж.
Эти результаты показывают, что небольшие дефекты в развитии мышц приводят к грыжам, что потенциально делает решение основной проблемы более доступным. «Используя нашу животную модель CDH, мы теперь находимся в отличной позиции, чтобы тестировать терапию и давать надежду пациентам с CDH», – говорит Кардон.