Model menerangi mekanisme yang mendasari di balik penyakit – ScienceDaily

Model menerangi mekanisme yang mendasari di balik penyakit – ScienceDaily


Para peneliti di Sekolah Pascasarjana Kedokteran Universitas Kobe telah mengembangkan model hipoplasia hipofisis (CPH) (* 1, * 2) kongenital pertama di dunia menggunakan sel iPS yang diturunkan dari pasien. Kelompok penelitian terdiri dari Associate Professor TAKAHASHI Yutaka, peneliti medis MATSUMOTO Ryusaku dan Professor AOI Takashi dkk. berhasil menggunakan model untuk menerangi mekanisme yang mendasari CPH. Tim telah mencoba menerapkan model ini pada penyakit hipofisis lain dan penemuan obat.

Hasil penelitian ini dipublikasikan di American Scientific Journal ‘J Investigasi Klinis‘pada 17 Desember 2019.

Latar belakang penelitian

Hipopituitarisme yang disebabkan oleh CPH tidak jarang terjadi dan terkadang mengancam jiwa. Penderita penyakit ini membutuhkan terapi penggantian hormon seumur hidup. Penyebab dan mekanisme yang mendasari tidak dipahami dengan baik.

Penelitian sebelumnya tentang penyakit hipofisis telah dilakukan terutama dengan menggunakan model hewan, seperti tikus knock out (* 5). Namun, terkadang terdapat perbedaan fenotipe antara hewan dan manusia. Ini berarti bahwa model manusia diperlukan untuk memahami mekanisme penyakit semacam itu sepenuhnya.

Dalam beberapa tahun terakhir, sel iPS (induced pluripotent stem) telah digunakan dalam pengembangan model penyakit, pengobatan regeneratif, dan penemuan obat. Selain itu, metode yang menggunakan sel iPS untuk menginduksi diferensiasi hipofisis dan hipotalamus in vitro telah dikembangkan; namun itu belum diterapkan pada pemodelan penyakit hipofisis.

Dengan pemikiran ini, para peneliti di Sekolah Pascasarjana Kedokteran Universitas Kobe telah menerapkan strategi ini untuk mengembangkan model manusiawi CPH in vitro menggunakan sel iPS untuk memahami patofisiologi dan penyebab penyakit.

Metodologi Penelitian

Sel iPS dihasilkan dari sampel darah yang diambil dari pasien CPH. Pasien ini menunjukkan hipoplasia hipofisis kongenital dan sedang menjalani terapi penggantian hormon hipofisis. Sel iPS yang diturunkan dari pasien ini digunakan untuk menjelaskan mekanisme yang mendasari in vitro. Menariknya, sel iPS kontrol dibedakan menjadi sel penghasil hormon, namun, sel iPS yang diturunkan dari pasien CPH tidak dapat berdiferensiasi menjadi sel-sel ini. Analisis lebih lanjut dari proses diferensiasi mengungkapkan bahwa faktor transkripsi LHX3, yang penting untuk diferensiasi hipofisis, tidak diekspresikan dalam progenitor hipofisis dari sel iPS yang diturunkan dari pasien. Analisis sekuensing exome mengungkapkan mutasi pada gen OTX2 dan fungsinya terganggu. Koreksi mutasi OTX2 pada sel iPS yang diturunkan dari pasien memulihkan kemampuan diferensiasi hipofisis, menunjukkan bahwa mutasi OTX2 bertanggung jawab.

Interaksi antara hipofisis dan hipotalamus yang berdekatan sangat penting untuk diferensiasi dan regulasi hipofisis. Keuntungan dari model ini adalah dapat secara bersamaan mengembangkan hipofisis dan hipotalamus in vitro dari sel iPS. Ini memungkinkan para peneliti untuk menyelidiki pentingnya interaksi antara jaringan ini. Mereka mengklarifikasi bahwa hipotalamus bertanggung jawab atas penyakit tersebut dengan melakukan eksperimen pembentukan khimera menggunakan sel iPS yang diturunkan dari pasien dan sel iPS yang sehat. Analisis selanjutnya menunjukkan bahwa FGF10 (faktor pertumbuhan fibroblast 10) dari hipotalamus memainkan peran penting dalam ekspresi faktor transkripsi LHX3 di hipofisis. Selanjutnya, tingkat ekspresi LHX3 dikembalikan dengan menambahkan FGF10 in vitro. Hasil ini menunjukkan bahwa kekurangan FGF10 di hipotalamus yang terkait dengan mutasi OTX2 bertanggung jawab.

Secara kolektif, mutasi OTX2 menyebabkan penurunan FGF10 hipotalamus, mengakibatkan kurangnya ekspresi LHX3 dalam ektoderm oral, yang merupakan prekursor hipofisis. Akibatnya, hilangnya LHX3 menyebabkan apoptosis pada sel-sel prekursor sehingga menyebabkan gangguan perkembangan hipofisis. Mekanisme yang mendasari diterangi untuk pertama kalinya oleh penelitian ini.

Model penyakit hipofisis yang memanfaatkan sel iPS manusia ini telah menjelaskan mekanisme mendasari yang mendetail, yang tidak dapat diungkapkan oleh model hewan.

Penelitian Lebih Lanjut

Penelitian ini mengungkap patofisiologi CPH melalui sel iPS spesifik penyakit (* 6). Selain itu, model tersebut juga berguna untuk memahami proses diferensiasi hipofisis pada manusia.

Tim peneliti ini juga menyelidiki penyebab, patogenesis, dan pengobatan penyakit hipofisis lainnya (seperti gangguan autoimun dan tumor hipofisis) dengan menggunakan strategi yang sama. Secara khusus, mereka terus mengembangkan model penyakit hipofisis untuk menyelidiki patofisiologi dan mekanisme yang tepat yang mendasari ‘sindrom antibodi Anti-PIT-1’ (* 7), yang merupakan jenis baru penyakit hipofisis autoimun yang telah ditetapkan tim sebagai a entitas klinis baru. Dengan menggunakan model ini, mereka telah mendemonstrasikan presentasi antigen dari epitop protein PIT-1 pada sel hipofisis anterior yang berasal dari sel iPS pasien.

Selain itu, masih banyak penyakit hipofisis lain yang tidak dapat disembuhkan, yang penyebabnya masih belum diketahui. Diharapkan metode penelitian berbasis sel iPS untuk penyakit ini akan mengarah pada klarifikasi mekanisme yang mendasari dan penemuan obat.

Glosarium

1. Hipofisis: Kelenjar endokrin yang terletak di dasar otak. Ini terdiri dari hipofisis posterior dan anterior dan bertanggung jawab untuk mengeluarkan berbagai hormon penting.

2. Hipoplasia Hipofisis Kongenital: Kelainan di mana hipofisis tidak terbentuk dengan benar karena mutasi genetik. Perawatan hormon seumur hidup diperlukan untuk banyak pasien.

3. Analisis sekuensing exome: Suatu teknik yang memungkinkan semua daerah pengkode protein gen dalam genom manusia untuk dianalisis.

4. Hipotalamus: Terletak di dekat hipofisis, hipotalamus memainkan peran penting dalam banyak fungsi, termasuk mengatur suhu tubuh dan melepaskan hormon. Pada tahap awal perkembangan, hipotalamus mengontrol berbagai faktor yang berkaitan dengan diferensiasi hipofisis. Hormon hipotalamus juga mengatur hormon yang diproduksi oleh kelenjar pituitari.

5. Tikus knock-out: memungkinkan fungsi gen tertentu untuk diteliti. Gen yang diinginkan dihilangkan dari tikus menggunakan rekayasa genetika.

6. Sel iPS khusus penyakit: Ini adalah sel iPS yang dihasilkan dari pasien yang memiliki penyakit tertentu. Mereka dapat digunakan untuk memahami penyebab di balik berbagai penyakit dan dalam pengembangan pengobatan baru.

7. Sindrom antibodi anti-PIT-1: Penyakit yang ditemukan oleh anggota tim peneliti saat ini yang mengarah ke hipopituitarisme yang didapat. Sindrom ini disebabkan oleh autoimunitas terhadap faktor transkripsi PIT-1 dan ditandai dengan defisiensi GH, TSH dan PRL. Faktor transkripsi PIT-1 sangat penting untuk diferensiasi dan pemeliharaan sel-sel penghasil hormon ini. Pada sindrom antibodi anti-PIT-1, sel T sitotoksik menghancurkan sel-sel yang mengekspresikan PIT-1, sehingga menyebabkan kerusakan spesifik pada kelenjar pituitari. Mekanisme yang mendasari penyakit ini, yang melibatkan timoma, belum sepenuhnya diterangi.

8. Epitope: bagian dari antigen yang dikenali oleh sistem imun.

Ucapan Terima Kasih

Profesor TAKAHASHI ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada rekan peneliti; Dr. SUGA Hidetaka (Universitas Nagoya), Profesor HASEGAWA Tomonobu (Universitas Keio), Dr. NARUMI Satoshi (Pusat Kesehatan dan Perkembangan Anak Nasional), Profesor MUGURUMA Keiko (Universitas Kedokteran Kansai) dan Profesor OGAWA Wataru (Universitas Kobe).

Penelitian ini didukung oleh hibah dari AMED (‘The Acceleration Program for Intractable Disease Research Utilizing Disease-specific iPS Cells’), MEXT, JSPS, Uehara Memorial Foundation, dan Naito Foundation.

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Data SGP

Author Image
adminProzen