Sebrafiskar nýttir til að varpa ljósi á slitgigt

Innan líf- og læknavísinda leita vísindamenn sífellt nýrra leiða til þess að takast á við þá ótal sjúkdóma sem geta herjað á manninn og á hverju ári verða til nýjar aðferðir og leiðir til þess að varpa skýrara á ljósi á þá ferla sem stýra sjúkdómum í líkamanum. Vísindamenn við Lífvísindasetur Háskóla Íslands eru meðal þeirra sem nýta þessar nýju aðferðir og um þessar mundir er unnið að spennandi rannsókn þar sem erfðabreytingar á sebrafiskum eru nýttar til að öðlast betri skilning á slitgigt, sjúkdómi sem herjar á stóran hóp fólks.

Fram kemur á vef Gigtarfélags Íslands að segja megi að allir sem lifi fram á efri ár fái þessa tegund gigtar. Einkenni sjúkdómsins eru talin koma fram hjá 15% þjóðarinnar og eru þau algengari hjá konum. Slitgigt leggst oftast á hryggjarliði, hné, hendur og mjaðmarliði og má rekja til þess að brjósk í liðunum þynnist og eyðist að lokum. Þessu fylgja bólgur og og vökvasöfnun í liðum og sömuliðeis sársauki. Þættir eins og erfðir, efnaskipti og álag á liði hafa áhrif á framvindu slitgigtar og það er ekki síst fyrstnefndi þátturinn sem er til skoðunar í rannsókninni.

Sjaldgæf stökkbreyting talin auka hættu á slitgigt í mjöðm

Fyrir rannsókninni fer Sara Sigurbjörnsdóttir, lektor við Líf- og umhverfisvísindadeild, sem beinir sjónum sínum að tilteknu boðferli í líkamanum sem nefnist Hedgehog og er mikilvægt fyrir stjórnun á eðlilegum vexti og sérhæfingu brjóskfruma. „Rannsóknin snýst um að kanna hvert hlutverk Hedgehog-boðleiðarinnar er í myndun og þróun slitgigtar í mönnum,“ útskýrir Sara. 

Fyrri rannsóknir hafa tengt breytingar á Hedgehog-boðleiðinni við þróun slitgigtar í músum og ýmislegt bendir til að þessu sé eins farið hjá mönnum. „Árið 2018 voru vísindamenn við Íslenska erfðagreiningu að leita að erfðabreytileikum í manninum sem valda auknum líkum á slitgigt. Við þessa leit fundu þau tengsl milli sjaldgæfrar stökkbreytingar í Hedgehog-boðleiðinni sem eru taldar valda aukinni hættu á slitgigt í mjöðm. Var þetta í fyrsta skipti sem stökkbreyting í þeirri boðleið er tengd við slitgigt. Þetta varð til þess að við í samstarfi við vísindamenn við Íslenska erfðagreiningu fórum að skoða betur hvernig þessi stökkbreyting gæti mögulega leitt til slitgigtar,“ segir Sara um kveikjuna að rannsókninni. 

Rannsóknaráhugi Söru liggur á sviði frumulíffræði og sameindalíffræði með sérstaka áherslu á flutning og staðsetningu prótína innan frumunnar. „Það sem er einmitt svo áhugavert við Hedgehog-boðleiðina og vakti upphaflega áhuga minn á þessu verkefni er að hún á sér stað á litlu frumulíffæri sem kallast frumbifhár. Frumbifhárið gegnir mikilvægu hlutverki í samskipti fruma við umhverfi sitt og í Hedgehog-boðleiðinni þar sem boðferlið á sér stað í himnu frumbifhársins,“ útskýrir Sara enn fremur.

Staðsetning Hedgehog-boðleiðarinnar í mannafrumu. Kjarninn er litaður blár, asetýleraðar örpíplur rauðar og Hedgehog prótínið SMO grænt.

Ný tækni nýtt til að framkalla erfðabreytingar

Að sögn Söru er mikilvægt  að hægt sé að meta áhrif áðurnefndrar stökkbreytingar á starfsemi Hedgehog-boðleiðarinnar. Til þess að gera það notast Sara og samstarfsfólk m.a. við nýstárlega erfðabreytingaraðferð sem kallast „prime editing“ til að framkalla sértækar breytingar á erfðaefni brjóskmyndandi fruma og sebrafiska. „Erfðabreyttu frumurnar og sebrafiskarnir verða sem sagt notaðir til að rannsaka áhrif stökkbreytingarinnar á Hedgehog-boðleiðina og kanna áhrif hennar á þróun slitgigtar,“ bætir Sara við.

Tilraunirnar verða að mestu framkvæmdar við Lífvísindasetur Háskóla Íslands þar sem byggður hefur verið upp öflugur tæknibúnaður og sérþekking á þessu sviði á undanförnum árum, meðal annars aðstaða til myndgreiningar og sebrafiskarannsókna. Jafnframt verður sérhæfð aðstaða fyrirtækisins 3Z í sebrafiskarannsóknum nýtt, en hún er til húsa í Háskólanum í Reykjavík. „Til þess að meta hvort sebrafiskar hafi þróað einkenni slitgigtar þá munum við kanna kjálkahreyfingar og greina sundhreyfingar þeirra,“ segir Sara enn fremur en sebrafiskar þykja henta afar vel til rannsókna á hlutverki og starfsemi gena.

Auk starfsfólks 3Z og Íslenskrar erfðagreiningar vinna vísindamenn og nemendur við Lífvísindasetur HÍ að verkefninu með Söru en að hennar sögn eru grunnrannsóknir sem þessar oft tímafrekar. „Við erum langt komin með að útbúa brjóskmyndandi frumur sem tjá stökkbreytt afbrigði af Hedgehog-boðleiðinni og þegar þær frumur verða tilbúnar fást vonandi fyrstu niðurstöður um áhrif stökkbreytingarinnar á boðleiðina og hlutverk hennar í slitgigt í frumulíkani. Á sama tíma erum við að útbúa erfðabreytta sebrafiska sem munu nýtast í rannsóknina en það getur tekið allt að 2 ár að útbúa fiskalínur fyrir rannsóknina,“ segir Sara um framvindu rannsóknarinnar.

Skoða mögulega áhrif lyfja á þróun slitgigtar

Í ljósi þess hve sjúkdómurinn hefur áhrif á stóran hóp fólks og þeirra þjáninga sem honum geta fylgt skiptir miklu að varpa skýrara ljósi á það hvaða þættir ráða mestu um þróun hans. „Þær aðferðir sem við notum í rannsókninni munu veita okkur mikilvæga innsýn í hlutverk Hedgehog-boðleiðarinnar og auka skilning okkar á sameindafræðilegum ferlum í þróun slitgigtar og þar sem sebrafiskar henta vel fyrir lyfjaprófanir þá munum við mögulega í framhaldinu af þessari rannsókn skoða áhrif lyfja á þróun slitgigtar í sebrafiskum,“ segir Sara m.a. um þýðingu rannsóknarinnar.

Hún bendir jafnframt á að í rannsókninni sé verið að nýta nýjar aðferðir við erfðabreytingu bæði fruma og sebrafiska sem muni hafa áhrif á þróun lífvísinda í landinu. „Jafnframt verður hægt að nýta aðferðirnar úr þessu verkefni til að rannsaka fleiri stökkbreytingar tengdar slitgigt eða aðra sjúkdóma tengdum beini eða brjóski,“ segir Sara að endingu.