Čeští vědci objasnili nový mechanismus vzácného neurovývojového onemocnění

Výzkumný projekt vedený týmem Stanislava Kmocha z 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy, na němž se podíleli také odborníci z Českého centra pro fenogenomiku (CCP), Národního centra lékařské genomiky (NCMG), Ústavu molekulární genetiky AV ČR a Mikrobiologického ústavu AV ČR v centru BIOCEV, Fakultní nemocnice Ostrava a z partnerských institucí v zahraničí, objasnil mechanismus vzácného neurovývojového onemocnění spojeného se změnami genu EHMT2. Studie publikovaná v časopise Nature Communications propojuje klinické pozorování pacientů s projevy Kleefstra syndromu, genomickou diagnostiku, molekulární a strukturní analýzy i experimentální ověření v geneticky upraveném myším modelu.

Kleefstra syndrom je vzácné neurovývojové onemocnění způsobené změnami genu EHMT1. Projevuje se opožděním vývoje, obtížemi s řečí a učením a sníženým svalovým napětím. U části pacientů se mohou objevit charakteristické rysy obličeje, vrozené srdeční vady, poruchy chování či spánku. Nová studie uvádí, že klinicky podobné onemocnění může být způsobeno nejen změnami genu EHMT1, ale také specifickými variantami genu EHMT2; přesná genetická diagnóza proto může pomoci lépe vysvětlit příčinu potíží a navrhnout odpovídající dlouhodobou péči.

Práce dokládá, na jaké úrovni lze v současnosti v České republice propojovat napříč lékařskými obory klinickou genetiku, genomiku, epigenomiku, molekulární a strukturní biologii a experimentální modely a postupovat od pacientů s nemocí neznámé příčiny k objasnění příčin a mechanismů vzniku nemocí a k úvahám a experimentům směřujícím k jejich cílené léčbě. 

„Výzkum vzácných onemocnění vždy začíná u jednotlivých pacientů, jejichž zdravotní obtíže nelze vysvětlit běžnými diagnostickými postupy. Každý pacient je zdánlivě izolovaným případem. Právě dlouhodobé systematické shromažďování pacientů s vzácnými nemocemi neznámé příčiny, podrobná analýza jejich genomu, poznání změn, ke kterým v důsledku genetických mutací dochází v buňkách, tkáních a těle pacienta, a jejich korelace s klinickými projevy umožňuje tyto jednotlivé, zdánlivě izolované případy postupně propojovat a hledat společné biologické mechanismy, na které je potenciálně možné terapeuticky cílit,“ říká Stanislav Kmoch z 1. lékařské fakulty UK. 

Od pacientky k nové diagnóze

Studie vznikla v rámci programu „Určení příčin vzácných geneticky podmíněných onemocnění v pediatrické populaci pomocí nových metod analýzy genomu“, podpořeného Agenturou pro zdravotnický výzkum ČR. Jeho cílem je určit diagnózu a objasnit příčinu onemocnění u přibližně 200 dětí a jejich rodin se vzácným geneticky podmíněným onemocněním.

Výchozím bodem byla pacientka dlouhodobě sledovaná MUDr. Andreou Gřegořovou ve Fakultní nemocnici Ostrava. Genomové vyšetření v Národním centru lékařské genomiky u ní odhalilo dosud neobjasněnou změnu genu EHMT2, která vznikla nově (de novo) a nebyla nalezena u rodičů.

„V případě této pacientky jsme tak konečně po několika letech získali zajímavý genetický nález, jehož význam ale nebyl z klinického pohledu zřejmý. Právě zde se ukazuje důležitost dlouhodobé expertizy týmu prof. Kmocha. Nejde pouze o to najít vzácnou změnu v genomu, ale dokázat ji zasadit do kontextu dalších pacientů, biologických mechanismů a funkčních experimentů. Pro nás lékaře a naše pacienty je tato možnost mimořádně cenná – umožňuje nám řešit i případy, u nichž ani naše vysoce specializovaná klinická a genetická vyšetření k diagnóze nestačila. Tato kombinace klinické zkušenosti, genomiky a funkčního výzkumu představuje v českém ale i mezinárodním prostředí velmi unikátní odborné zázemí,“ říká Andrea Gřegořová z Fakultní nemocnice Ostrava.

Výzkum pokračoval hledáním dalších podobných případů ve světě.

„U takto vzácných onemocnění je nalezení jednoho pacienta pouze začátkem. Jednotlivé genetické varianty mohou být zpočátku obtížně interpretovatelné a bez dalších podobných případů není možné spolehlivě určit, zda skutečně souvisejí s onemocněním. Díky databázi GeneMatcher a dlouholetým mezinárodním kontaktům jsme mohli náš nález propojit s dalšími pracovišti ve světě, která sledovala pacienty s mutacemi stejného genu. Postupně se nám podařilo shromáždit klinické údaje a biologický materiál od dalších pacientů s de novo variantami genu EHMT2. Teprve díky tomuto mezinárodnímu propojení jsme mohli rozpoznat společné klinické rysy, potvrdit souvislost variant EHMT2 s onemocněním a následně se zaměřit na objasnění jejich molekulárního mechanismu,“ doplňuje Lenka Nosková, korespondenční autorka studie.

Co ukázaly funkční analýzy

Gen EHMT2 nese informaci pro enzym G9a. Ten spolu s proteinem GLP kódovaným genem EHMT1  vytváří komplex, který reguluje chemické úpravy histonů — proteinů, kolem nichž je v buňce uspořádána DNA. Tyto epigenetické změny pomáhají rozhodovat, které geny jsou v jednotlivých buňkách během vývoje aktivní a které zůstávají utlumené. V další fázi se proto výzkumný tým zaměřil na to, jak identifikované mutace EHMT2 ovlivňují funkci G9a a komplexu G9a/GLP.

Kombinací biochemických, strukturně-analytických a buněčných metod vědci z 1. LF Univerzity Karlovy ve spolupráci s Alanem Kádkem z Mikrobiologického ústavu AV ČR zjistili, že si mutované G9a proteiny zachovávají svou strukturu a stabilitu, ale ztrácejí schopnost správně vykonávat svou enzymatickou funkci. To bylo zásadní pro propojení genetických nálezů u pacientů s konkrétní poruchou funkce proteinu a následně s narušením epigenetické regulace.

„Epigenetickou regulaci si můžeme zjednodušeně představit jako systém, který určuje, které části genetické informace budou v konkrétní buňce v čase a situaci využívány. G9a společně s GLP patří mezi enzymy, které tento systém nastavují pomocí chemických úprav histonů – proteinů kolem nichž je DNA v buňce prostorově uspořádána. Pokud je struktura a funkce tohoto komplexu narušena, může dojít k nesprávnému zapínání nebo vypínání genů v době, kdy se organismus vyvíjí. To může mít zásadní dopad na vývoj nervového systému a vést k neurovývojovému onemocnění,“ vysvětluje Aleš Hnízda z 1. lékařské fakulty UK, první autor studie.

Experimentální model potvrdil účinek mutace

Klíčovou částí studie bylo experimentální ověření nálezu v geneticky upraveném myším modelu. Tým Radislava Sedláčka z Českého centra pro fenogenomiku Ústavu molekulární genetiky AV ČR v centru BIOCEV vytvořil a charakterizoval myší model nesoucí variantu EHMT2 odpovídající změně nalezené u pacientky.

Model potvrdil, že tato genetická změna vyvolává biologické a fenotypové důsledky odpovídající lidskému onemocnění. Výsledky tak přímo propojily genetický nález u pacienta s poruchou funkce proteinu, narušením epigenetické regulace a projevy onemocnění v organismu.

„Objevení genetické příčiny vzácného onemocnění nemá být konečným bodem, ale začátkem dalšího výzkumu. V rámci programu (Rare Disease) RD-Factory chceme využívat kapacity Českého centra pro fenogenomiku a Národního centra lékařské genomiky k vytváření modelů konkrétních lidských nemocí a k ověřování nových léčebných přístupů,“ dodává Radislav Sedláček, vedoucí Českého centra pro fenogenomiku. 

Významná role českého výzkumného prostředí

Rozsáhlý seznam autorů ukazuje, že se na studii podílel početný mezinárodní tým odborníků z České republiky a řady dalších zemí. Významná část spolupráce byla soustředěna v centru BIOCEV, unikátním výzkumném prostředí propojujícím špičkové technologie a odborné týmy z různých oblastí biomedicíny.

„Síla tohoto prostředí spočívá v možnosti propojit klinické pozorování, genomickou diagnostiku, molekulární analýzu, experimentální modelování a v budoucnu také preklinické testování léčby. Právě takové propojení může zkrátit cestu od objevu genetické příčiny onemocnění k hledání konkrétní terapeutické strategie,“ zdůrazňuje Pavel Martásek, vědecký ředitel centra BIOCEV.

Od diagnostiky k budoucí léčbě: model translační medicíny napříč klinickými obory

Uvedená studie není výsledkem nahodilé spolupráce, ale navazuje na dlouhodobě budovanou síť klinických a výzkumných týmů a národních výzkumných infrastruktur, zejména Českého centra pro fenogenomiku (CCP) ÚMG AV ČR a Národního centra lékařské genomiky (NCMG), soustředěných v BIOCEV.

Příprava myších modelů a jejich fenotypová analýza se odehrávala ve spolupráci CCP s Jakubem Sikorou a dalšími pracovníky 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v rámci Národního institutu pro neurologický výzkum (NEUR-IN) a výzkumného programu Neurologické kliniky zaměřeného na Hereditární poruchy řízení hybnosti a genetickou variabilitu parkinsonských a hyperkinetických syndromů. Unikátní expertizu v pokročilých zobrazovacích metodách poskytl Daniel Jirák z Institutu klinické a experimentální medicíny (IKEM).

Dlouhodobým cílem této výzkumné sítě je vytvořit systém, který umožní propojit klinickou diagnostiku s výzkumem a postupně překlenout cestu od identifikace genetické příčiny a objasnění molekulárního mechanismu onemocnění až k vývoji a preklinickému ověřování nových léčebných postupů napříč klinickými obory.

„Naším cílem je, aby genetická diagnóza nebyla konečným bodem, ale začátkem dalšího výzkumu. Pokud dokážeme určit genetickou příčinu, pochopit její mechanismus a vytvořit odpovídající experimentální model, otevírá se možnost hledat způsoby, jak narušený biologický mechanismus ovlivnit. Právě propojení klinického výzkumu vzácných onemocnění s kapacitami BIOCEVu, Českého centra pro fenogenomiku a Národního centra lékařské genomiky nám umožňuje tento přístup postupně rozvíjet,“ uvádí Stanislav Kmoch.

„Tato studie dobře ukazuje hodnotu dlouhodobě budovaných národních výzkumných infrastruktur a mezinárodní spolupráce. Genetický nález u pacientky sledované ve Fakultní nemocnici Ostrava jsme mohli propojit s experimentálními metodami, které ukázaly, co konkrétní mutace s proteinem skutečně dělá a jak tato změna souvisí s onemocněním. Vytvořený model nám nyní zároveň poskytuje důležitý nástroj pro další výzkum mechanismu onemocnění i pro budoucí ověřování možných léčebných přístupů,“ dodává Radislav Sedláček.

Nejnovější studie je konkrétním příkladem cesty od jednotlivého pacienta a genetického nálezu přes objasnění mechanismu onemocnění až k experimentálním modelům a potenciálním terapeutickým strategiím.

Výzkumné konsorcium chce tento systém dále rozvíjet jako mezinárodně konkurenceschopný program s významným aplikačním potenciálem. Jeho ambicí je systematicky propojovat špičkový základní výzkum s klinickou praxí s kapacitami národních výzkumných infrastruktur a vytvářet podmínky pro vývoj a preklinické ověřování inovativních léčebných přístupů. Ty mohou v budoucnu přispět ke skutečnému zlepšení kvality života pacientů a jejich rodin v České republice i ve světě.

Výzkumný tým současně rozvíjí další dva programy zaměřené na vývoj experimentálních modelů a preklinických terapií hereditárních onemocnění ledvin a poruch metabolismu purinů. Programy jsou dalším krokem na cestě od genetické diagnózy k vývoji nových terapeutických možností.

Publikace: „De novo EHMT2 variants cause an autosomal dominant EHMT2-related Kleefstra syndrome via loss of G9a methyltransferase activity“, Nature Communications, 2026. PubMed: PMID 42386776.

Kontakt:

Mgr. Petr Solil
BIOCEV - Mikrobiologický ústav AV ČR
petr.solil@biocev.eu

Přečtěte si také

• Studie v Nature přináší přelomové poznatky o opravě genetických chorob u embryí
• Genomika může pomoci lépe chránit motýly i další hmyz
• Jak může vypadat Česko v roce 2100?
• Lék na dozrání plic plodu může ovlivnit i jeho vnitřní hodiny
• Do Akademie věd míří tři ERC granty pro mladé badatelské talenty
• Vědci poprvé zachytili osud mizících chromozomů v buňkách rostlinného embrya
• Pomalý růst pomáhá rostlinám přežít. Strategie od Arktidy po polopouště
• Školy pro nadané, či vybrané? Mezinárodní srovnání
• Stejná genetická diagnóza, různé osudy. Některé mutace způsobují těžší průběh
• Sýčkům se letos nedařilo. Vyvedli o třetinu méně mláďat než loni