Choroba Stargardta niejedno ma imię. Różne odmiany wymagają różnego podejścia

Choroba Stargardta to rzadkie schorzenie oczu, które dotyka zarówno dzieci, jak i dorosłych, w wielu przypadkach prowadząc do ślepoty. Ma kilka różnych odmian, a nowe badania wskazują, że każde z nich wymaga nieco innego podejścia terapeutycznego. To kluczowe odkrycie może przyczynić się do opracowania skutecznych metod walki z tą nieuleczalną dziś chorobą.

Na początku u pacjentów dochodzi do nagłego zaniku ostrego i centralnego widzenia. Zaburzenia postępują, często utrudniając normalne funkcjonowanie, m.in. czytanie czy rozpoznawanie twarzy. Dla wielu osób samo patrzenie na źródło światła jest bolesne. Po pewnym czasie choroba może się ustabilizować, ale często uszkodzenie plamki żółtej jest tak znaczące, że dochodzi do utraty wzroku.

Powyższy opis dotyczy choroby Stargardta, zaburzenia dotykającego ok. 1 na 10 000 osób, najczęściej dzieci między 8. a 12. rokiem życia. Na tę dystrofię plamki żółtej nie ma leku, ale zrozumienie mechanizmów zachodzących w fotoreceptorach podczas choroby jest kluczowe dla potencjalnych działań terapeutycznych (kilka leków w trakcie testów). Okazuje się bowiem, że różne odmiany choroby Stargardta - choć mają podobne podłoże - inaczej reagują na różne klasy leków.

Badania przeprowadzone z udziałem naukowców z Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER) przy Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk, m.in. dr Marcina Tabakę, dr Andrzeja Foika, dr Damiana Panasa, dr Jagodę Płaczkiewicz i dr Katarzynę Kordecką, we współpracy z Center for Translational Vision Research przy Gavin Herbert Eye Institute (CTVR) z UC Irvine w Kalifornii, pod kierunkiem prof. Krzysztofa Palczewskiego, zaowocowały opublikowaną w PNAS pracą zatytułowaną „Distinct mouse models of Stargardt disease display differences in pharmacological targeting of ceramides and inflammatory responses”, która zwiększa nasze rozumienie choroby Stargardta.

Choroba Stargardta to nie jedna choroba

Lipidy są istotnym składnikiem aktywności biologicznej i fizjologii większości komórek w organizmie, a w szczególności odgrywają kluczową rolę w funkcjonowaniu siatkówki. Potwierdzono, że zaburzona homeostaza lipidowa występuje w różnych chorobach zwyrodnieniowych siatkówki, choć wciąż niewiele wiadomo na temat profili lipidowych w normalnej i chorej siatkówce.

Choroba Stargardta charakteryzuje się nagromadzeniem niedegradowalnej pochodnej pigmentu wzrokowego - lipofuscyny - w nabłonku barwnikowym siatkówki (RPE, ang. Retinal Pigment Epithelium), co powoduje jego zanik. Począwszy od pierwszego opisu choroby Stargardta aż do niedawna, jej diagnoza opierała się na ocenie fenotypu za pomocą badania oka, ale od czasu pojawienia się testów genetycznych, obraz schorzenia stał się pełniejszy.

To, co pierwotnie uważano za jedną chorobę, w rzeczywistości oznacza prawdopodobnie co najmniej trzy jej odmiany (STGD1, STGD4, STGD3), z których każda związana z inną zmianą genetyczną. Dlatego jednoznaczne określenie, czym jest choroba Stargardta jest niezwykle trudne, nie mówiąc już o myśleniu o potencjalnych metodach leczenia.

Najczęstszą postać choroby Stargardta - STGD1 - wywołują bialleliczne warianty genu Abca4 (tj. autosomalne recesywne), a ich dokładny genotyp (tj. kombinacje obu wariantów) ma duże znaczenie prognostyczne co do wieku wystąpienia choroby i jej postępu. Częstotliwość nosicielstwa alleli Abca4 w populacji ogólnej wynosi 5-10%, a różne kombinacje genów wpływają na wiek zachorowania i ciężkość samej choroby. Co więcej, nasilenie choroby jest odwrotnie proporcjonalne do funkcji ABCA4 i uważa się, że mutacje tego genu mogą odgrywać rolę w innych chorobach, takich jak retinopatia barwnikowa, dystrofie czopków i pręcików oraz zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem (AMD, ang. Age-Related Macular Degeneration).

Biochemia choroby Stargardta

Z dziedzicznymi chorobami zwyrodnieniowymi siatkówki powiązano dwa geny kodujące białka przetwarzające lipidy. Mutacje w genie kodującym enzym zwany elongazą ELOVL4, zaangażowany w budowanie długołańcuchowych kwasów tłuszczowych, powiązano z autosomalną dominującą chorobą Stargardta podobną do AMD - wariant STDG3. U pacjentów cierpiących na tę chorobę w młodym wieku dochodzi do utraty widzenia centralnego. Z kolei chorobę u osób cierpiących na STGD4 powiązano z mutacjami w genie Prom1. Ten wariant chorobowy odkryto w 1999 r. i niewiele wiadomo o jego podłożu, poza tym, że dochodzi do mutacji w miejscu p.R373C, co powoduje dystrofię czopków i pręcików.

Ale najpopularniejsza postać choroby Stargardta - STDG1 - jest całkiem dobrze poznana. U pacjentów wykazano postępujące obustronne pojawianie się żółto-pomarańczowych plamek (lipofuscyny) w plamce żółtej, w której jest największe zagęszczenie czopków. Takie zmiany powodują atrofię RPE i śmierć fotoreceptorów w tym regionie, a co za tym idzie - utratę wzroku. Akumulacja lipofuscyny w RPE jest charakterystycznym objawem w oczach pacjentów z STGD1 i mysim modelu choroby Stargardta.

Wcześniejsze badania wykazały, że ABCA4 ulega ekspresji w dyskach zewnętrznych segmentów fotoreceptorów (ang. photoreceptor outer segment disc, POS disc) i w błonie plazmatycznej komórek RPE. ABCA4 transportuje związek fosfolipidowy siatkówki, znany jako N-retinylideno-fosfatydyloetanoloamina (N-ret-PE) po fotowzbudzeniu, umożliwiając jego usunięcie z komórek receptorów - podobnie jest w komórkach RPE, gdzie N-ret-PE zostaje przenoszony do lizosomów lub fagosomów. U osób z chorobą Stargardta (STDG1) N-ret-PE gromadzi się w krążkach POS i prowadzi do powstawania prekursora bisretinoidu A2E (A2PE). Wewnątrz lizosomów RPE, A2PE przekształca się w A2E - związek, który nie może być rozkładany przez żadne enzymy w organizmie. Uważa się, że A2E reaguje z innymi lipidami i przekształca się w złogi lipofuscyny.

Zgodnie z obowiązującym stanem wiedzy, ponad 100 mutacji wpływa na funkcje ABCA4 i jest powiązanych z szerokim spektrum fenotypów choroby Stargardta. Sugestia, że mutacje w różnych domenach ABCA4 mogą inaczej wpływać na RPE i fotoreceptory jest kusząca, co oznacza, że ABCA4 pełni w nich nieco inne funkcje. To z kolei otwiera okno na potencjalny mechanizm terapeutyczny związany z lekami obniżającymi poziom lipidów.

Nadzieje terapeutyczne

Mimo że na chorobę Stargardta nie ma leku, to trwają prace nad kilkoma terapiami mającymi na celu ograniczenie lub całkowite zatrzymanie postępu tego schorzenia. Zespoły prof. Palczewskiego z CTVR oraz ICTER postanowiły zbadać dwa alternatywne mysie modele niedoboru funkcjonalnego ABCA4 w celu modelowania heterogeniczności mutacji u pacjentów z chorobą Stargardta i sprawdzenia, czy w każdym przypadku konieczne może być różne podejście terapeutyczne do ustabilizowania zdrowia siatkówki.

Stosując kombinację technik molekularnych, naukowcy zbadali myszy z nokautem Abca4 (wyłączony gen, tzw. knock-out) i myszy z dodatkowym Abca4 (knock-in). Naukowcy porównali oba szczepy, aby ustalić, czy wykazują zróżnicowaną odpowiedź na czynniki wpływające na sygnalizację cytokin i/lub metabolizm ceramidów, ponieważ zmiany w którymkolwiek z tych szlaków mogą zaostrzyć fenotypy zwyrodnieniowe siatkówki.

Myszy z nokautem Abca4 i myszy z włączonym Abca4PV/PV wykazywały odmienną reakcję na lek obniżający poziom ceramidów i lek immunomodulujący. Okazało się, że oba modele mysie mają rozbieżne poziomy wyjściowego stresu komórkowego i sygnalizacji, które nasilają się we wczesnych stadiach zwyrodnienia siatkówki wywołanego światłem. Co najważniejsze - te działania niepożądane można złagodzić profilaktycznie za pomocą leku immunomodulującego, a więc i nieco "wyhamować" przebieg choroby Stargardta.

- Stwierdziliśmy różny stopień reakcji na marawirok, znanego immunomodulującego antagonistę CCR5, oraz na środek obniżający poziom ceramidów AdipoRon, agonistę receptorów ADIPOR1 i ADIPOR2. Nasze fenotypowe porównanie dwóch różnych modeli myszy z mutacją Abca4 rzuca światło na potencjalne możliwości terapeutyczne, wcześniej niezbadane w leczeniu choroby Stargardta i zapewnia zastępczy test do oceny skuteczności terapii genowej - mówi dr Marcin Tabaka, lider Zespołu Genomiki Obliczeniowej ICTER.

Warto wspomnieć, że we wcześniejszym badaniu, także opublikowanym w PNAS, zatytułowanym "Stress resilience-enhancing drugs preserve tissue structure and function in degenerating retina via phosphodiesterase inhibition", przebadano cząsteczki, które aktywują biologiczne mechanizmy odporności na stres. To z kolei może przełożyć się do opracowania nowej klasy farmaceutyków, tzw. leków zwiększających odporność na stres (SRED) o potencjalnie szerokim znaczeniu klinicznym do zwalczania patologicznych zmian siatkówki, nie tylko choroby Stargardta. Duży wkład w pracę badawczą miał Zespół Genomiki Obliczeniowej ICTER, który przenalizował dane z sekwencjonowania pojedynczych komórek, umożliwiając identyfikację uniwersalnych mechanizmów molekularnych biorących udział w chorobach oczu związanych z wiekiem i dziedzicznych zwyrodnień siatkówki.

Najnowsze badanie przedstawia argumenty za wykorzystaniem transgenicznych linii myszy typu knock-in, które mają mutacje analogiczne do mutacji u ludzi. Służy też jako wstęp do przyjęcia tych modeli do testowania sposobów edycji genomu, które mogą precyzyjnie korygować mutacje genetyczne. Dzięki tym staraniom choroba Stargardta, która dzisiaj jest uważana za "nieuleczalną", może stać się schorzeniem, które można utrzymać w ryzach, a co za tym idzie - ocalić wzrok.

Autor notki prasowej: Marcin Powęska.
Zdjęcie: Deposit Photos.

Wymienione publikacje:
https://doi.org/10.1073/pnas.2314698120
https://doi.org/10.1073/pnas.2221045120

Projekt Międzynarodowe Centrum Badań Oka (MAB/2019/12) jest realizowany przez Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.