Przez lata lekarze skupiali się przede wszystkim na liczbie neutrofili u pacjentów z cykliczną neutropenią. Nowe badanie pokazuje jednak, że to tylko część problemu. Nawet gdy liczba tych komórek wraca do normy, ich działanie może pozostawać poważnie zaburzone. Odkrycie trzech nowych mutacji genu ELANE pomaga wyjaśnić, dlaczego chorzy nadal są podatni na zakażenia i może zmienić podejście do diagnostyki tej rzadkiej choroby.

Za badaniem stoją naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego Collegium Medicum i Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Krakowie. Autorami publikacji są: Magdalena Rutkowska-Zapała, Adrianna Gałuszka-Bulaga, Jacek Plewka, Marzena Lenart, Anna Kluczewska, Marta Surman, Karolina Bukowska-Strakova, Monika Rygielska, Izabela Siemińska, Katarzyna Baran, Joanna Cichy, Joanna Skrzeczyńska-Moncznik, Jarosław Baran, Maciej Siedlar i Anna Szaflarska. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Genes & Immunity.

Nie tylko za mało neutrofili

Cykliczna neutropenia (CyN) to rzadka choroba wrodzona, w której co kilka tygodni dochodzi do gwałtownego spadku liczby neutrofili - najliczniejszych komórek odpornościowych odpowiedzialnych za zwalczanie bakterii i grzybów. W okresach neutropenii chorzy są szczególnie narażeni na ciężkie zakażenia, gorączkę, zapalenia jamy ustnej czy nawracające infekcje skóry i dróg oddechowych.

Od lat wiadomo, że za większość przypadków odpowiadają mutacje genu ELANE, kodującego elastazę neutrofilową. To enzym odgrywający istotną rolę w funkcjonowaniu neutrofili. Dotychczas sądzono jednak, że głównym problemem jest zmniejszona liczba tych komórek. Nowe badanie pokazuje, że równie ważne są zaburzenia ich działania.

Badacze zidentyfikowali trzy nowe warianty genu ELANE. Były to dwie mutacje punktowe - M66K i V133G - oraz delecja obejmująca aminokwasy G192-G196. Wykryto je metodą sekwencjonowania Sangera, a następnie przeanalizowano wpływ na strukturę białka przy użyciu modelowania komputerowego z wykorzystaniem AlphaFold2. Co ciekawe, symulacje pokazały, że zmiany nie deformują znacząco całej struktury elastazy neutrofilowej. Nie oznacza to jednak, że białko działa prawidłowo.

Każda z mutacji zaburzała jego funkcję w inny sposób. Mutacja M66K prawdopodobnie utrudniała wiązanie enzymu z jego substratami, co mogło ograniczać jego aktywność. Wariant V133G zwiększał ruchliwość białka, przez co stawało się ono mniej stabilne i mogło gorzej współpracować z innymi elementami komórki. Z kolei delecja G192-G196 zwężała dostęp do miejsca aktywnego enzymu, utrudniając jego prawidłowe działanie.

Problem tkwi także w jakości działania komórek

Najważniejsze odkrycie dotyczyło jednak funkcjonowania samych neutrofili. Naukowcy sprawdzili, jak komórki tworzą tzw. zewnątrzkomórkowe sieci neutrofilowe (NET). Są to włókniste struktury zbudowane głównie z DNA oraz białek przeciwdrobnoustrojowych. Neutrofile wyrzucają je na zewnątrz komórki, aby zatrzymywać i unieszkodliwiać bakterie, grzyby oraz inne patogeny. To jeden z najważniejszych mechanizmów wrodzonej odporności.

Badania z wykorzystaniem mikroskopii fluorescencyjnej wykazały, że neutrofile pacjentów z CyN tworzyły mniej rozbudowane sieci niż komórki zdrowych osób. Oznacza to, że ich zdolność do wychwytywania drobnoustrojów była osłabiona.

Zmierzono także ilość wolnego DNA uwalnianego przez neutrofile podczas procesu zwanego NETozą. Jest to jeden z podstawowych wskaźników tworzenia sieci NET. Okazało się, że u chorych uwalnianie DNA było wyraźnie ograniczone. Najsilniej zjawisko to występowało podczas okresów neutropenii, ale zaburzenia obserwowano również wtedy, gdy liczba neutrofili wracała do wartości prawidłowych.

To jedno z najważniejszych ustaleń: nawet prawidłowy wynik morfologii nie oznacza, że układ odpornościowy działa już prawidłowo. Neutrofile mogą być obecne we krwi, ale ich zdolność do zwalczania drobnoustrojów pozostaje osłabiona. Może to tłumaczyć, dlaczego część pacjentów nadal doświadcza zakażeń mimo okresowej normalizacji liczby neutrofili.

Co to oznacza dla pacjentów?

Autorzy podkreślają, że wyniki mogą zmienić sposób oceny pacjentów z cykliczną neutropenią. Obecnie lekarze koncentrują się głównie na monitorowaniu liczby neutrofili. Nowe dane sugerują, że równie ważna może być ocena ich funkcji. W przyszłości do diagnostyki mogłyby zostać włączone testy sprawdzające zdolność neutrofili do tworzenia sieci NET. Pozwoliłoby to lepiej ocenić rzeczywiste ryzyko zakażeń u poszczególnych pacjentów.

Badanie otwiera również drogę do nowych metod leczenia. W przyszłości możliwe będzie opracowanie terapii przywracających prawidłową aktywność elastazy neutrofilowej lub korygujących skutki mutacji genu ELANE. Rozważane są zarówno leki wpływające na aktywność enzymu, jak i technologie edycji genów. Jednocześnie badacze podkreślają, że takie terapie muszą być opracowane ostrożnie, ponieważ nadmierne pobudzenie tworzenia sieci NET mogłoby prowadzić do przewlekłego stanu zapalnego i uszkodzenia tkanek.

Odkrycia mogą mieć znaczenie także dla badań nad innymi chorobami zapalnymi i autoimmunologicznymi. Elastaza neutrofilowa uczestniczy bowiem nie tylko w niszczeniu drobnoustrojów, ale również reguluje długość życia neutrofili, wpływa na przebieg reakcji zapalnej i bierze udział w uwalnianiu sieci NET.

Czytaj także:

Badania z Wrocławia zmieniły leczenie COVID-19 u dzieci

Pierwszy taki zabieg w Katowicach. Podano terapię Luxturna