Смертельная слабость

Как и почему развивается смертельная миопатия Дюшена — заболевание, о котором вы вряд ли слышали и которое скорее всего станет первым, вылечивающимся при помощи «генетической таблетки» — в новом материале Проекта Fleming.

В 1836 итальянец Джитанно Конте впервые описывает странное заболевание у двух мальчиков – братьев. Его статью в местном медицинском журнале научное сообщество не заметило. Спустя почти 30 лет, в 1861 году, французский невролог Джулиамм Бенджаминн Дюшенн в Париже описывает 13 случаев схожего заболевания, называя его “парализирующей мышечной псевдогипертрофией”. Отличающийся особенной скрупулезностью Дюшенн зарисовывает своих пациентов. В дальнейшем врачи всего мира будут называть эту болезнь “миопатией Дюшенна” – генетически наследуемым заболеванием, поражающим только мальчиков и приводящих к летальному исходу в 100% случаев в течении 25 лет.

Впрочем, о врожденном характере заболевания врачи, конечно, догадывались, но сам ген, отвечающий за возникновение патологии, открыли только спустя более века. В 1949 году в семье потомственных врачей родился мальчик, Луис Кункель. Его отец, Генри Кункель, был профессором Рокфеллеровского института медицинских исследований. Именно в его лаборатории Геральд Эдельман, в последующем нобелевский лауреат, выделил белок Бен-Джонса. На втором курсе колледжа Луис познакомился с генетиками Александром Берном и Виктором МакКьюсиком, которые занимались синдромом Марфана – генетически наследуемым заболеванием соединительной ткани. После этого Кункель-младшийменяет направление своей деятельности – вместо ботаники он начинает заниматься генетикой.

Работая в разных лабораториях на протяжении более 20 лет по всем Соединенным Штатам, Кункель разрабатывает метод выделения и клонирования X-хромосомы – 23-й хромосомы человека, наследуемой и передаваемой по материнской линии. Получив работу на кафедре в Гарварде, он вместе со своим студентом Тони Монако продолжает трудиться над расшифровкой кода X-хромосомы. В 1986 году, в день, когда у Луиса родилась первая дочь, ему позвонил Тони и сообщил о том, что у него получилось найти первый экзон (участок ДНК, шифрующий одну аминокислоту), который кодирует белок, носящий сегодня название “дистрофин”.

Дистрофин – ключевой белок в мышечном сокращении. Мышечные клетки содержат волокна, обладающие способностью сокращаться – это актин-миозиновые нити, скользящие друг относительно друга, увеличивая или уменьшая длину волокна. Сами нити связаны с мембраной мышечных клеток дистрофином, по своей структуре напоминающим пружину, которая гасит резкие сокращения актин-миозиновых волокон и обеспечивает плавное сокращение и целостность мембраны.

Несмотря на свою длину (ген, кодирующий дистрофин, является одним из самых больших в геноме человека), мутации в нем встречаются нечасто. В генах могут происходить как точечные мутации, так и массивные изменения. Они могут возникать в результате выпадения или дублирования одной пары нуклеатидов, целого кодона (три пары нуклеатидов) или даже участка ДНК. При считывании кода самую большую роль играет то, какая именно мутация произошла. Если изменился кодон, то белок может стать менее функциональным, но при этом он продолжит выполнять свое основное предназначение, пусть и в меньшем объеме. Но в случае мутации, некратной трем нуклеатидам, дальнейшая расшифровка сбивается, строение белка меняется до неузнаваемости, и он перестает работать.

Дистрофин в таком случае больше не будет функционировать как пружинка между мышечными волокнами и мембраной. Это приводит к тому, что актин-миозиновые волокна начинают рвать мембраны мышечных клеток, и ионы Са из саркоплазматического ретикулума (особая система их хранения в мышечном волокне) начинают поступать в клетку, что в свою очередь, вызывает ее гибель. Мышечные волокна умирают, причем процесс этот запускается во всем организме, включая как скелетную мускулатуру, так и гладко-мышечную, образующую стенки сосудов и кишечника. Аналогичный процесс происходит и в сердечной мышце – миоциты начинают умирать.

Тем не менее, мутация может быть и не такой фатальной. Кроме миопатии Дюшенна существует миопатия Беккера, в результате которой дистрофин пусть хуже, чем у здорового человека, но все же работает, поэтому клинические симптомы развиваются крайне медленно.

Т.к. рецессивный ген, кодирующий дистрофин, находится в X-хромосоме, передаваемой от матери, болеют миопатией только мальчики. Первые признаки болезни проявляются уже в раннем детстве – у ребенка начинаются затруднения с ходьбой, каждый шаг дается ему с трудом, но это списывают на маленький возраст ребенка. Поэтому обычно до десяти лет на все прогрессирующие проблемы с физическими упражнениями у мальчика не обращают внимания. Умершие мышечные клетки замещаются жиром и соединительной тканью, большей по объему, отчего визуально кажется, что мышцы гипертрофированы (отсюда первоначальное название заболевания – “псевдогипертрофия”). К десяти годам ребенок уже не может самостоятельно передвигаться, а к 15 годам большинство больных перемещается на коляске. Средняя продолжительность жизни у больных миопатией Дюшена составляет около 25 лет. На финальной стадии больной полностью парализован, в процесс вовлекается дыхательная мускулатура и диафрагма, и смерть, как правило, наступает от остановки дыхания. До конца жизни пациенты находятся в сознании, умственное развитие соответствует возрасту.

Надо отметить, что миопатиями такого рода болеют не только люди. Аналогичные заболевания встречаются у мышей, крыс, собак и кошек, возможно, даже у всех млекопитающих. Поэтому технически это не такое заболевание, как, допустим, болезнь Дауна, которая возникает каждый раз при зачатии. Миопатия Дюшена – неправильная мутация гена, которая в течении всего существования человека присутствовала в геноме. В то же время миопатия Беккера, отличающая малым повреждением гена, может возникнуть и впервые, без генетического наследования.

Лечение наследственных генетических заболеваний – дело непростое. По идее, оно должно основываться на этиологии заболевания, т.е. на генетическом уровне ДНК. Клинических результатов в генной инженерии до сих пор нет, однако работы над лекарством от миопатии Дюшена идут со времени открытия гена, и целый ряд препаратов на данный момент проходят испытания как доклинической, так и начальных клинических стадий.

Самый приближенный к генной инженерии метод пусть не полного лечения, но хотя бы замедления развития заболевания – метод пропуска экзонов. Это вид “антисмысловой” терапии, когда в организм вводятся препараты, содержащие нуклеатиды. Они встраиваются в матричную РНК, несущую информацию о дефекте гена и исправляют его, делая дефект в гене кратным трем нуклеатидам. Таким образом миопатия Дюшена становится более легкой, “переходя” в миопатию Беккера, качество и продолжительность жизни при которой значительно выше.

Вирусное лечение миопатии заключается в инъекциях ослабленных вирусов, у которых примерно 5000 нуклеатидов заменены на последовательность гена дистрофина. Эта последовательность была обнаружена у 61-летнего больного миопатией Беккера, который несмотря на преклонный возраст сохранил способность ходить. Вирусные частицы, попадая в клетку, встраивают эту последовательность в ДНК клетки, и переводят болезнь в более легкое течение, трансформируя миопатию Дюшена в миопатию Беккера.

Помимо непосредственно генетического лечения ведутся разработки в направлении стволовых клеток. Для этих целей собираются использовать как полипотентные, так и миогенные стволовые клетки, вводя их в системный кровоток. В опытах на мышах идея сработала, однако до клинических испытаний метод пока не добрался.

Еще одна надежда ученых связана с атрофином – белком, присутствующим у людей в эмбриональном периоде. По своим функциям он схож с дистрофином, но исчезает из мышц вскоре после рождения. Атрофин считают фетальной формой дистрофина, и в экспериментах он может выполнять функцию дистрофина и во взрослом состоянии. На данный момент разрабатываются методики введения или эндогенного стимулирования выработки атрофина, в частности, при помощи тех же вирусов, однако дальше эксперимента на мышах препарат не испытывался.

Примерно у 15% больных миопатией Дюшена синтез дефектного белка вызван мутацией в особом участке ДНК – стоп-кодоне. Из-за этого синтез дистрофина останавливается раньше необходимого. Препарат, сейчас проходящий второй этап клинических исследований, позволяет игнорировать этот стоп-кодон, в результате чего синтезируется полноразмерный дистрофин. Работающий далеко не у всех пациентов, PTC124 тем не менее – один из самых перспективных препаратов. Дополнительным эффектом обладает факт перорального приема препарата – самая настоящая генетическая таблетка (правда, пока в виде порошка)

Кроме генетической и стволовой терапии применяется поддерживающее и противовоспалительное лечение, которое несколько замедляет наступление летального исхода. Родственниц матерей, родивших больного миопатией Дюшена обследуют, чтобы исключить у них наличие дефектного гена и, соответственно, выявить шанс на здоровое потомство. В ряде стран Европы и штатах США запущена программа проверки всех новорожденных для максимально раннего выявления заболевания и начала лечения.

Насколько печальной казалась ситуация в XX веке, настолько же оптимистично можно смотреть в будущее. Миопатия Дюшена, до сих пор убивающая одного мальчика из 3500 новорожденных, в скором будущем может стать первым генетическим заболеванием, которое будет полностью побеждено при помощи нескольких приемов таблеток.