Modelo de peixe-zebra para uma doença genética ultra-rare revela dois candidatos promissores de drogas

Um peixe pequeno pode ajudar a identificar possíveis tratamentos para uma doença herdada ultra-rare encontrada em um garoto do Alabama? A doença genética é Xmea, que enfraquece progressivamente os músculos e pode afetar o fígado e o coração. XMEA significa Miopatia ligada ao X com autofagia excessiva. Em março de 2024, apenas 33 casos haviam sido vistos em todo o mundo.

Após a sequência de DNA do genoma do garoto, mostrou uma mutação no gene VMA21, uma das causas conhecidas de XMEA, Universidade do Alabama em Birmingham e infantil do neurologista pediátrico do Alabama, Michael Lopez, MD, Ph.D., referiu a família ao Centro UAB para modelagem de animais Precision, ou C-Pam.

No C-PAM e em colaboração com um grupo canadense, pesquisas lideradas por Matthew Alexander, Ph.D., Departamento de Pediatria da UAB, Divisão de Neurologia Pediátrica e Jim Dowling, MD, Ph.D., Hospital for Sick Childrening, Toronto, Ontário, criou um modelo pré-clínico de Xmea em Zebishish por munição, o Ontário, criou um Modelo Pré-Clínico de Xmea em Zebishish por munição, por Toronto, o Ontário.

Embora esse peixe pequeno e listrado seja comumente encontrado em aquários domésticos, o peixe -zebra também é um modelo animal valioso para doenças humanas devido ao crescimento rápido, tamanhos de embreagem grandes e manipulação genética fácil. Eles também são transparentes como larvas.

Em um estudo publicado em Medicina molecular do EMBOAlexander e Dowling agora mostram que seu peixe -zebra mutante enfraqueceu os músculos e outros sintomas que refletem a doença de Xmea humana. Com esse modelo simples, eles foram capazes de testar 30 medicamentos clinicamente testados e identificar dois que melhoraram significativamente os sintomas do XMEA no peixe -zebra. Agora eles estão estudando a mutação VMA21 em um modelo de mamíferos, o mouse, para impulsionar ainda mais a pesquisa para um possível tratamento clínico.

“Estabelecemos o primeiro modelo animal pré -clínico de XMEA e determinamos que esse modelo recapitula fielmente a maioria das características da doença humana”, disse Alexander. “Portanto, é ideal para estabelecer patomecanismos de doenças e identificar terapias”.

Os pesquisadores usaram o CRISPR-CAS9, geralmente chamado de tesoura molecular para DNA, para criar dois mutantes: uma mutação em moldura causada por uma exclusão de um par de uma base e um códon de parada prematuro criado durante a exclusão de 14 pares de bases e a inserção de 21. Ambas as mutações de perda de função reduziram os níveis de proteína VMA21.

Ambos os mutantes mostraram alterações consistentes com a estrutura e função muscular alterada, como comprimento corporal mais curto e bexigas de natação não infladas. Eles tinham capacidade reduzida de nadar longe de um estímulo e passaram menos tempo nadando e percorreram menos distância em comparação com o peixe-zebra do tipo selvagem.

A principal mudança celular no XMEA humano é o comprometimento da autofagia, o sistema de reciclagem da célula. A autofagia ocorre em organelas celulares chamadas lisossomos, e estes precisam ser ácidos para ativar proteases que degradam proteínas para reciclagem em novas proteínas. Como a Xmea humana, os lisossomos de peixes mutantes mostraram uma falha na acidificar, e as células musculares tiveram vacúolos característicos-estruturas fechadas cheias de fluidos. Como pacientes com XMEA humano, os peixes também mostraram patologias hepáticas e cardíacas.

Ao contrário do XMEA humano, que pode variar de sintomas leves a moderados como uma doença progressiva, os peixes mutantes mostraram reduções graves na vida útil, presumivelmente devido a uma perda mais completa da função de VMA em comparação aos pacientes humanos.

Como os peixes prejudicaram a autofagia e, como não há terapias para pacientes com XMEA, os pesquisadores testaram 30 compostos inibitórios de autofagia clinicamente testados da biblioteca de medicamentos Selleckchem no peixe XMEA.

Triagem de embreagens para birrefringência muscular alterada, uma mudança na refração da luz polarizada que indica organização muscular reduzida, a equipe identificou nove compostos que reduziram a birrefringência anormal e a sobrevivência prolongada dos peixes. Os testes de longo prazo dos nove para melhorias na sobrevivência e na natação mostraram que o eDaravone e o LY294002 tiveram os maiores efeitos terapêuticos.

“Emocionantemente, descobrimos que vários antagonistas da autofagia poderiam melhorar aspectos do fenótipo de peixe -zebra VMA21, e dois compostos em particular melhoraram o fenótipo em vários domínios de birrefringência, função motora e sobrevivência”, disse Alexander. “O fato de que vários moduladores de autofagia melhoraram aspectos do fenótipo apóia um papel importante da autofagia no processo da doença e empresta confiança à validade e potencial tradução dos achados para os pacientes”.

Co-autores com Alexander e Dowling no estudo são Lily Huang, Rebecca Simonian e Lacramioara Fabian, Hospital para crianças doentes; e Michael A. Lopez, Muthukumar Karuppasamy, Veronica M. Sanders e Katherine G. English, Departamento de Pediatria da UAB, Divisão de Neurologia Pediátrica.