İlaç keşfi için mühendislik mini yağlı karaciğerler

Karaciğer yağlanmasından muzdarip olup olmadığınızı hiç merak ettiniz mi? Muhtemelen hayır, ama belki de yapmalısın. Dünya nüfusunun dörtte birinden fazlası bir tür hastalıktan mustariptir. alkolden bağımsız karaciğer yağlanmasıveya kısaca NAFLD1. Endişe verici bir şekilde, matematiksel tahminler yetişkin nüfusun yarısından fazlasının 2040 yılına kadar etkileneceği ihtimaline işaret ettiğinden, bu buzdağının yalnızca görünen kısmı gibi görünüyor.2.

NAFLD tam olarak nedir? Sağlıklı bir karaciğerin yağlı bir karaciğere dönüşmesinden başlayan karmaşık bir hastalık spektrumu için şemsiye bir terimdir. steatoz. Steatoz hastalarının belirli bir yüzdesi gelişmeye devam eder NAŞ (alkolik olmayan steatohepatit), karaciğerin iltihaplandığı bir durum. NASH’a genellikle karaciğerde skar dokusu oluşumu (fibrozis) eşlik eder. Çok fazla ve uzun süreli hasar durumunda karaciğer, karaciğer yetmezliğine yol açabilen geri dönüşü olmayan bir son dönem hastalığı olan siroz durumuna girer. NAFLD, karaciğer kanseri gelişimi için önemli bir risk faktörüdür ve ayrıca karaciğer nakli ihtiyacının en önemli nedenleri arasında yer alır.

Kuyu… NAFLD’yi nasıl tedavi ederiz? Şu anda, NAYKH için onaylanmış herhangi bir ilaç olmadığından, diyet ve yaşam tarzı müdahaleleri NAYKH ile mücadelede tek seçenektir. Bu kadar yaygın bir hastalık ve ilaç tedavisi yok – bu nasıl mümkün olabilir? Belirtildiği gibi, hastalık muazzam bir büyüklük ve hızla arttı. İnsan NAFLD biyolojisini kavramak ve ilaçları değerlendirmek için model sistemler son derece azdır. Fare modelleri, metabolizmalarında büyük ölçüde farklılık gösterir ve bu nedenle çeviri alakaları sınırlıdır. Bir avuç insan temelli Benn vitro modeller tanımlanmış ancak çok yönlülüğü sınırlıdır.

Açıktır ki, NAFLD salgınıyla mücadele etmek için yeni modellere ihtiyaç vardır.

Son birkaç yıldır araştırmamız, insan hepatositlerinden alınan 3 boyutlu organoidleri kullanarak karaciğer biyolojisini incelemeye odaklandı.3-4. Bu organoidler, insan karaciğerinin birçok önemli özelliğini andırırken, kültürde uzun süre yetiştirilebilir. Farklı CRISPR tabanlı yaklaşımlar kullanarak genomlarını sağlam bir şekilde değiştirebileceğimiz ve klonal gene düzenlenmiş insan hepatosit organoid çizgilerinin büyümesini sağlayan koşullar oluşturduk.4-5.

Şimdi, son makalemizde6çok yönlü bir roman seti oluşturmak için CRISPR güçlerini insan hepatosit organoidlerimizle birleştiriyoruz. insan yağlı karaciğer organoidleri. Bu organoidlerin, diyetle ilgili nedenler (“Batı diyeti benzeri”), genetik risk faktörleri ve monogenik lipid bozuklukları dahil olmak üzere farklı steatoz nedenlerini modellemeye izin verdiğini gösteriyoruz.

En son CRISPR aracını kullanarak, ana düzenleme, en yüksek ilişkili risk varyantını (PNPLA3 I148M), mutasyon için orijinal olarak vahşi tip olan organoidlere dahil ettik. Şaşırtıcı bir şekilde, bu mutant organoidler kendiliğinden yağ biriktirmeye başladılar ve dışarıdan yağ yüklemesi altına alındıklarında çok daha fazla şişman oldular. Sadece tek bir baz varyasyonuna sahip olmanın, yağlı karaciğer fenotipinde bu kadar büyük farklılıklara yol açabilmesine şaşırdık. Arkasındaki bilimi bu kadar iyi bilmek, şu anda kendi bedenlerimizde neler olup bittiğinin farkına varmamızı da sağladı. Birkaç kez mutasyonun taşıyıcısı olup olmadığımızı öğrenmeye devam edip etmeyeceğimizi düşündük, ancak bugüne kadar tetiği çekmedik… Diyetimizi ayarlamamız gerekecek mi, daha fazla peynir veya fast food yok mu? Açıkçası, bunu şaka yollu tartışıyorduk ve bu düşüncelere kapılma eğilimindeydik, ancak organoid verilerimiz net: genetik risk, NAYKH gelişimini önemli ölçüde etkileyebilir.

Ayrıca, genellikle zaten pediatrik hastalarda NAFLD’ye yatkınlık oluşturan iki nadir monogenetik lipid bozukluğunu (FHBL ve ABL olarak adlandırılır) modelledik. Nedensel genleri yok etmenin etkisi (APOB veya MTTP) şaşırtıcıydı: organoidler spontan şiddetli steatoz geliştirdi. Bunun, başlangıçta şekerlerden üretilen yoğun lipid birikiminden kaynaklandığını keşfettik.

Yeni organoid modellerimizle, daha sonra adrese geçtik. alanda karşılanmamış iki ihtiyaç: 1) sistematik ve hızlı ilaç taraması ve 2) genetik tabanlı bir hedef tarama sistemi kurmak. İlaç taraması yoluyla, çok spesifik bir ilaç setinin, yani hepatosit içindeki yeni yağ asitlerinin sentezini baskılayan ilaçların steatozu etkili bir şekilde çözebildiğini bulduk. Daha sonra APOB- ve MTTP-mutant organoidlerini CRISPR-tarama platformuna dönüştürdük. FatTracer. Bu mutant organoidler, iki basit nedenden dolayı bu tür bir uygulama için mükemmel uyum sağladılar: kültürde “doğal” yağlı karaciğerler olarak büyüdüler ve genomları daha fazla modifiye edilebilirlerdi. FatTracer, bir ay içinde, belirli bir genin yağlı karaciğer fenotipi üzerindeki etkisinin gerçek zamanlı olarak takip edilebildiği sağlam bir platform haline geldi. 35 adayı tarayarak, yağlanma biyolojisinde FADS2 için önemli ve yeni bir rol keşfettik. FADS2’nin kaybı yağlanmayı ağırlaştırdı, ancak bunun tersi de işe yaradı: FADS2 ifadesinin artması, yağlanmayı çözebilir ve FADS2’yi NAFLD kapsamında daha fazla araştırma yapmak için ilginç bir aday olarak konumlandırabilir.


ne
Sonraki? Bu yeni insan yağlı karaciğer organoid modellerinin büyük ölçekli ilaç testini ve genom çapında hedef keşfini büyük ölçüde kolaylaştıracağını öngörüyoruz. Aynı zamanda, NAFLD’nin biyolojisi hakkında bilgi edinmek için kullanımlarını keşfetmeye hevesliyiz. Henüz, cevapları olmayan pek çok soru var. Neden bazı kişilerde karaciğer yağlanması gelişme riski yüksektir? Neden bazı insanlar diğerlerinden daha hızlı hastalık progresyonu yaşıyor? Tedaviyi her bireye göre uyarlamamız gerekiyor mu? Organoid modellerimizin yakın gelecekte bu soruları yanıtlamaya yardımcı olacağını umuyoruz.

Referanslar
1. Younossi, ZM, Golabi, P., Paik, JM et al. Alkolsüz yağlı karaciğer hastalığının (NAFLD) ve alkolsüz steatohepatitin (NASH) küresel epidemiyolojisi: sistematik bir derleme. (2023) Hepatoloji.
2. Le, H., Yeo, YH, Zou, B. et al. Hiyerarşik bayes yaklaşımı kullanılarak alkolsüz yağlı karaciğer hastalığının 2040 küresel prevalansı tahmin edildi. Clin Mol Hepatol. 28(4):841-850.
3. Hu, H., Gehart, H., Artegiani, B. et al. Fonksiyonel fare ve insan hepatositlerinin 3D organoidler olarak uzun vadeli genişlemesi. (2018) Hücre 175(6):1591-1606.e19.
4. Hendriks, D.*#, Artegiani, B.*#, Hu, H. et al. İnsan karaciğerinden alınan organoid kültürlerde insan fetal hepatosit organoidlerinin ve CRISPR-Cas9 tabanlı gen knock-in ve knock-out’un oluşturulması. (2021) Nat Protokolü 16(1):182-217.
5. Artegiani, B.*, Hendriks, D.*, Beumer, J. et al. Homolojiden bağımsız CRISPR-Cas9 hassas genom düzenlemesi kullanılarak hızlı ve verimli insan organoid üretimi. (2020) Nat Hücre Biol. 22(3):321-31.
6. Hendriks, D.#, …, Artegiani, B.#, Clevers, H.#. Tasarlanmış insan hepatosit organoidleri, CRISPR tabanlı hedef keşfine ve steatoz için ilaç taramasına olanak tanır. (2023) Nat Biyoteknoloji. https://www.nature.com/articles/s41587-023-01680-4

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir