Ученым известно, что, когда артерия заблокирована, повреждение нижележащих тканей часто ограничивается, поскольку эти ткани продолжают питаться специальными «коллатеральными» сосудами, соединяющими ткань с другими артериями. Однако по непонятным причинам количество и размер этих вспомогательных сосудов – и, следовательно, обеспечиваемая ими защита – могут сильно различаться от одного человека к другому.
Ученые UNC теперь считают, что ген Rabep2 является основным фактором, способствующим этой вариации в формировании коллатеральных сосудов.
В статье, опубликованной в журнале Stroke, исследовательская группа под руководством Джеймса Фабера, доктора философии, профессора клеточной биологии и физиологии, обнаружила, что варианты этого гена определяют большую часть различий в коллатеральной сосудистой сети у лабораторных мышей.
Фабер сказал, что, поскольку люди и мыши более чем на 90 процентов генетически похожи, человеческая версия Rabep2, вероятно, будет иметь сопоставимые функции.
В ходе серии экспериментов исследователи заменили дефектный вариант гена у мышей с плохими коллатералями на нормальную копию гена, что привело к образованию обильных коллатеральных сосудов во время эмбрионального развития и гораздо большей устойчивости к повреждению тканей и гибели клеток. когда мыши подверглись экспериментальному инсульту во взрослом возрасте.
Ученые UNC надеются, что однажды врачи смогут использовать простой анализ крови для обнаружения вариантов человеческой формы гена. Это поможет врачам быстро оценить протяженность коллатеральных сосудов у пациентов, перенесших сердечные приступы, инсульты, заболевание периферических артерий и окклюзионные нарушения в других тканях.
«Наличие у пациентов хороших или плохих коллатералей сильно влияет на тяжесть повреждения тканей после окклюзии и влияет на решения врачей о том, как лечить пациентов или назначать профилактические меры», – сказал Фабер, который также является членом Института сердца Макаллистера и учебной программы. в области нейробиологии в UNC.
В принципе, добавил Фабер, результаты также могут помочь в разработке методов лечения, которые стимулируют образование большего количества коллатеральных сосудов у здоровых людей, чтобы уменьшить тяжесть повреждения тканей в случае будущей артериальной блокады, а также у людей, у которых уже есть окклюзия. , тем самым уменьшая повреждения и улучшая их восстановление.
Статья о Stroke вышла через девять лет после того, как Фабер и его коллеги впервые заметили, что протяженность коллатеральной сосудистой сети – и, следовательно, повреждение после артериальной окклюзии – может сильно различаться между разными линиями лабораторных мышей, даже при отсутствии различий в остальных группах мышей. системы кровообращения были очевидны.
После этого первоначального наблюдения Фабер предположил, что генетические различия могут вызвать эти большие различия в степени коллатералей. Фабер и его коллеги начали утомительный и длительный поиск генетических факторов, ответственных за. Они сосредоточились на коллатеральных сосудах головного мозга, которые легче визуализировать, чем в других тканях, и провели эксперименты с участием тысяч мышей.
К 2014 году группа сузила поиск до небольшой области на хромосоме 7 мыши, вариации которой объясняли почти все различия в развитии коллатералей и повреждении тканей в головном мозге, задних конечностях и других исследуемых тканях.
В новом исследовании исследователи намеревались идентифицировать конкретный ген в этой области, который может объяснить различия в развитии коллатеральных сосудов. Из 28 генов, кодирующих белок в этом регионе, ученые смогли исключить 13, после того, как определили, что у мышей, лишенных какого-либо из этих генов, не было больше или меньше коллатералей.
Из 15 оставшихся под подозрением генов Фабер и его коллеги решили сосредоточиться на своем главном подозреваемом, Rabep2. Об этом гене было мало что известно, но ученые ранее обнаружили вариант Rabep2 в линиях мышей с низкой коллатеральной протяженностью, тогда как у линий с высокой коллатеральной протяженностью была нормальная версия гена. Вариант отличается от нормального гена только одной "буквой" ДНК, но это изменение – из-за его местоположения -, по прогнозам, ухудшит функцию полученного белка, сказал Фабер.
Используя новую технологию редактирования генов CRISPR, команда смогла проверить эффект этого варианта Rabep2. Они заменили букву ДНК в нормальном Rabep2, который присутствует в геномах мышей с высоким содержанием коллатералей, на подозрительный вариант. Результат: у мышей во время развития образовывалось намного меньше коллатералей, и у взрослых был гораздо больший ущерб от инсульта.
И этот сдвиг был еще больше, когда ген был полностью удален.
И наоборот, у мышей из линии с низким уровнем коллатералей замена вариантного гена на нормальный индуцировала у животных развитие обильной коллатеральной сосудистой сети, присутствующей в линии с высоким уровнем коллатералей.
Таким образом, эти «отредактированные» мыши были гораздо более устойчивы к повреждениям от инсульта.
«Мы в основном взяли мышей той линии, которая обычно показывает очень большую область повреждения ткани после артериальной обструкции в головном мозге, и – путем редактирования этого одного гена – создали мышей, которые испытали гораздо меньше повреждений после обструкции в том же месте, "Фабер сказал.
Как белок Rabep2 влияет на формирование коллатеральных сосудов в раннем возрасте, не совсем ясно, но известно, что этот ген играет роль в транспортировке и рециркуляции сигнальных молекул в клетках. Фабер и его коллеги смогли найти доказательства того, что отсутствие полностью функционального белка Rabep2 приводит к недостаточной передаче сигналов основного фактора роста сосудов, особенно в клетках, которые развиваются в коллатеральные сосуды.
Почему дефицит Rabep2 влияет на развитие только коллатеральных сосудов? Фабер подозревает, что это связано с тем, что остальные компоненты системы кровообращения – артерии, капилляры и вены – более важны для выживания, поэтому в их путях развития возникли обширные дублирования.
«Животное не может иметь коллатеральных сосудов и при этом оставаться совершенно здоровым», – сказал он. "На самом деле ему не нужны эти коллатерали, пока не будет артериальной окклюзии."
Фабер и его коллеги начали исследования у пациентов с инсультом, чтобы проверить наличие вариантов Rabep2 и других родственных генов.