При сравнении ДНК пациента и его родителей команда определила мутацию у пациента, которая привела к единственной аминокислотной замене (N237S) в белке ACOX1. Это изменение было замечено только у пациента и не присутствовало ни в одном из ДНК его родителей. Это указывает на то, что у этого пациента произошла новая мутация этого гена. С помощью онлайн-инструмента для подбора генов GeneMatcher мы нашли еще двух пациентов, у которых была такая же новая мутация в гене ACOX1. Статья опубликована в журнале Neuron.
Все три пациента, которым на момент начала заболевания было от 3 до 12 лет, имели удивительно схожие клинические признаки, включая дегенерацию периферических нервов, которая вызывала прогрессирующую потерю подвижности и слуха. У трех индивидуумов были идентичные генные варианты, что явно указывало на то, что дисфункция ACOX1, вероятно, была причиной симптомов.
Обнаружение того, что мутация ACOX1 была связана с болезнью Митчелла, первоначально поставило исследователей в тупик. Единственное известное расстройство, связанное с ACOX1, описанное в медицинской литературе в то время, это ранее встречавшееся в младенчестве заболевание с приступами, тяжелым снижением когнитивных функций, нейровоспалением и накоплением в плазме жирных кислот с очень длинными цепями. И, что более важно, оно было вызвано отсутствием белка ACOX1. Но такое описание не совпало ни с кем из трех больных болезнью Митчелла.
«Мозг содержит большое количество липидов, которые имеют решающее значение для правильного функционирования нервной системы. Аномальное расщепление липидов в мозге и периферической нервной системе связано с несколькими нейродегенеративными заболеваниями».
Хьюго Дж. Беллен, автор статьи и первооткрыватель болезни Митчелла.
Ген ACOX1 участвует в расщеплении липидов. Он продуцирует фермент под названием Acyl-CoA оксидаза 1, который инициирует серию реакций, которые расщепляют жирные кислоты с очень длинной цепью в небольших внутриклеточных органеллах, называемых пероксисомами.
Чтобы решить эту проблему, команда Беллена провела эксперимент на плодовых мушках. Первое удивительное открытие, сделанное ведущим автором Хьюго Чангом, заключалось в том, что белок ACOX1 важен для поддержания глиальных клеток у плодовых мушек, поддерживающих нейроны. Это раскрыло ранее неизвестную роль пероксисом в глиальных клетках и проложило путь для дальнейших экспериментов.
Чтобы понять, как варианты ACOX1 влияют на функцию глии, они создали две мутантные линии мух, первая из которых не имела ни копий гена ACOX1, а вторая, содержала мутацию замещения (N237S), обнаруженную в одном из генов ACOX1 при болезни Митчелла.
«Мухи без ACOX1 имитировали симптомы дефицита ACOX1 у людей, в том числе повышенные уровни жирных кислот с очень длинной цепью наряду с потерей глии и нейронов и прогрессирующим нарушением функции нейронов. Когда мы снижали синтез очень длинной цепи жирных кислот у этих мух при введении препарата безафибрата, мы наблюдали значительное улучшение продолжительности жизни, зрения, моторной координации и нейрональной функции, что обусловливает повышенный уровень этих липидов и их чрезмерное накопление в глие как важный фактор. Удивительно, насколько хорошо безафибрат подавлял симптомы дефицита ACOX1, предлагая новый терапевтический путь для пациентов с этим заболеванием».
Хьюго Дж. Беллен, автор статьи и первооткрыватель болезни Митчелла.
В отличие от потери ACOX1, введение одной аминокислотной замены (N237S) в ген ACOX1 привело к гиперактивному белку ACOX1. Как правило, расщепление жирных кислот с очень длинной цепью в результате ферментативного действия ACOX1 продуцирует небольшие количества высокоактивных форм кислорода, но глиальные клетки быстро нейтрализуют их. Однако при болезни Митчелла гиперактивный ACOX1 продуцирует обильное количество токсичных активных форм кислорода, что приводит к разрушению глии и соседних нейронов.
Вредные эффекты, вызванные гиперактивностью ACOX1, были полностью устранены антиоксидантом N-ацетилцистеинамидом (NACA). Однако NACA не подавлял летальные или токсические эффекты у мух, у которых отсутствовал ACOX1, что является четким признаком того, что эти два заболевания действуют совершенно разными путями, и их необходимо лечить двумя различными терапевтическими стратегиями.
«Это исследование является ярким примером того, как объединение уникального командного научного подхода с мощью генетики и исследованиях на плодовой мухе способствует быстрому и феноменальному прогрессу в исследованиях редких заболеваний. Мы рассматриваем пациентов с состояниями, которые ранее не были описаны, выявляем новые заболевания и находим окончательные результаты и молекулярный диагноз для них. Мы добиваемся значительного прогресса в выявлении причин этих новых заболеваний и быстро выявляем и тестируем многообещающие новые варианты лечения. Мы успешно определили более 25 генов, вызывающие и другие нейродегенеративные заболевания, за последние три года — задача, которая обычно занимает много лет».
Хьюго Дж. Беллен, автор статьи и первооткрыватель болезни Митчелла.