Humanizované myši jako nástroj pro studium mechanismů stárnutí a rakoviny
14.7.2025 |
Myši hrají klíčovou roli v biomedicínském výzkumu již dlouhou dobu. Díky poměrně vysoké genetické a fyziologické podobnosti s člověkem jsou nejčastěji používaným savčím modelem pro studium lidských onemocnění. Umožňují zkoumat funkce genů, mechanismy vzniku nemocí i účinnost nových léčebných přístupů. Jejich využití však má i svá omezení. Mnohé myší modely nedokážou věrně napodobit průběh lidských chorob, což komplikuje přenos poznatků z laboratoře do klinické praxe. I proto vznikají tzv. humanizované modely myší, jejichž genetická výbava se více blíží té lidské a jejichž testování přináší spolehlivější data, zejména v oblasti stárnutí či onkologie.
Co se týče stárnutí, možnosti prodloužení života buněk a organismů na buněčné úrovni jsou předmětem zájmu mnoha výzkumů. Je známo, že stárnutí probíhá postupně, mimo jiné v důsledku zkracování telomer - ochranných nukleoproteinových struktur na koncích chromozomů eukaryot, jež jsou klíčové pro udržení životaschopnosti buněk. Při buněčném dělení se však telomery zkracují, a jakmile dosáhnou kritické délky, buňka vstupuje do stavu senescence, přestává se dělit a může negativně ovlivnit okolní tkáň. Za prodlužování telomer (jež jsou u člověka dlouhé 10-12 kb, u myší cca 50 kb) je odpovědný enzym telomerasa, který je na rozdíl od myší u člověka aktivní pouze v některých tkáních. Z těchto rozdílů tak vyplývají nedostatky běžných myších modelů pro studium lidského stárnutí.
Aby bylo možné lépe studovat biologii lidských telomer, a následně i buněčné stárnutí a toxicitu nových léčiv, tým vědců z Washington State University vytvořil geneticky upravené myši, tzv. HuT myši (z anglického humanized telomeres), u nichž byl myší gen pro telomerasu (mTert) částečně nahrazen lidskými regulačními sekvencemi. Výsledkem je humanizovaný gen hmTert, který se v těle chová podobně jako u člověka, tj. je neaktivní ve většině buněk a aktivní pouze ve specifických tkáních. Důsledkem této úpravy je i stabilní zkrácení telomer na délku odpovídající těm lidským, jež se již po několika generacích křížení ustálila na 8–12 kb.
U myší s úplným deficitem Tert byla pozorována těžká atrofie střevní sliznice a úbytek tělesné hmotnosti, zatímco myši s kopií hmTert tyto symptomy nevykazovaly. To naznačuje, že určitá úroveň telomerasové aktivity je klíčová pro ochranu tkání s vysokou obnovovací kapacitou, jako je trávicí trakt. Ten patří mezi zatěžované tkáně těla, jehož buňky se neustále obnovují, a proto je citlivý na poškození spojené se zkracováním telomer. U starších myší s úplným deficitem Tert bylo pozorováno závažné poškození tenkého střeva, konkrétně úbytek epitelu i těžká atrofie klků, které jsou nezbytné pro vstřebávání živin. To pravděpodobně vedlo ke ztrátě tělesné hmotnosti a zhoršení celkového zdravotního stavu. Tyto patologické změny nebyly pozorovány u myší, které měly alespoň jednu funkční kopii genu Tert, což potvrzuje jeho ochrannou roli v rychle se obnovujících tkáních.
Studována byla i délka života myší, jelikož předchozí studie ukázaly, že deficit telomer ji může výrazně ovlivnit. GM myši bez genu Tert měly signifikantně zkrácenou délku života, s mediánem přežití přibližně 320 či 440 (dle konkrétní linie). Oproti tomu myši s jednou kopií genu mTert nebo hmTert přežívaly déle, často přes 500 dní. Výzkum tedy naznačuje, že tato alela má schopnost zachovat funkčnost a stabilitu telomer i při jejich zkrácení.
Z hlediska využití poznatků ze studií s využitím humanizovaných myší v oblasti onkologie hraje zásadní roli hladina exprese výše zmíněného enzymu telomerasy. Nádorové buňky se intenzivně dělí a obvykle vykazují vysokou aktivitu telomerasy, která jim umožňuje zachovat telomery v dostatečné délce. Proto je jedním ze směrů výzkumu cílené snižování aktivity telomerasy specificky v rakovinných buňkách. Chemoterapeutické léky poškozují DNA nejen v nádorových, ale i ve zdravých buňkách. Buňky s krátkými telomerami jsou k tomuto poškození obecně citlivější, což může vést k synergickému účinku mezi přirozenou zranitelností buněk a cytotoxicitou léčiv. Tento efekt je zvláště významný u starších pacientů i u HuT myší, využitelných jako přesnější preklinický model pro testování účinnosti a toxicity protinádorových léčiv.
Genetické editace u HuT myší, u nichž je zavádění dalších genetických mutací při zachování krátkých telomer technicky náročné, jsou možné díky technologii CRISPR/Cas9, která umožňuje cílené úpravy genomu injekcí přímo do zygot. Tím se otevírá prostor pro studium dalších procesů buněčného stárnutí, například sledování, zda HuT myší buňky dosahují tzv. Hayflickova limitu, tj. přirozeného maxima počtu dělení somatických buněk před nástupem senescence.
Vývoj HuT myší trval týmu prof. Zhu téměř deset let a představuje zásadní posun kupředu - dosud bylo možné studovat stárnutí na úrovni telomer pouze na izolovaných lidských buňkách in vitro. Tým z Washington State University plánuje tento model zpřístupnit i dalším výzkumným skupinám a studovat mimo jiné i vliv spánkové deprivace na délku telomer a celkové zdraví.
Zdroje: