Francis Collins, M.D., Ph.D.
Laboratoř Dr. Collinse se snaží identifikovat a pochopit funkci genů, které se podílejí na řadě vzácných i běžných lidských onemocnění, s konečným cílem identifikovat nové terapeutické možnosti.
Jeden z významných projektů laboratoře se zaměřuje na syndrom Hutchinson-Gilfordovy progerie (HGPS), vzácné genetické onemocnění charakterizované předčasným stárnutím. Pacienti s HGPS obvykle umírají v dospívání na kardiovaskulární komplikace. Skupina Dr. Collinse zjistila, že bodová mutace v genu pro lamin A (LMNA) aktivuje kryptického dárce sestřihu, což vede ke zkrácení normální verze kódovaného proteinu o 50 aminokyselin v blízkosti C-konce – tento protein byl pojmenován „progerin“. Zjistili také, že HGPS je spojen s výraznými změnami tvaru jádra, tyto strukturální defekty se zhoršují se stárnutím HGPS buněk v kultuře a vnesení progerinu do normálních buněk vyvolává stejné změny. Buněčně biologická analýza naznačuje, že progerin narušuje normální proces mitózy. Výzkum normálních lidských fibroblastů prokázal, že v normálních buněčných populacích je přítomno malé množství progerinu, jehož množství se zvyšuje s tím, jak se buňky blíží stárnutí. Posun ve vzorci sestřihu LMNA za vzniku progerinu je zřejmě vyvolán zkrácenými telomerami. Studium tohoto vzácného onemocnění tak potenciálně poskytuje cenné poznatky o procesu normálního stárnutí.
Protein lamin A je za normálních okolností na svém C-konci farnesylován, což zřejmě pomáhá zaměřit prelamin na vnitřní povrch jaderné membrány. Následným proteázovým štěpením se tento C-koncový fragment uvolní a lamin A se tak může připojit k ostatním proteinům v lešení, které leží těsně pod jadernou membránou. Progerin je správně farnesylován, ale nemůže být štěpen, takže je trvale ukotven v jaderné membráně, zadržuje ostatní proteiny a funguje jako dominantně negativní. Tato pozorování vedla k hypotéze, že inhibitory farnesyltransferázy (FTI) by mohly být prospěšné při léčbě progerie, a pokusy na buněčných kulturách ukázaly, že FTI mohou významně zlepšit abnormality tvaru jádra pozorované u buněk HGPS.
Protože většina pacientů s progerií je v extrémně křehkém zdravotním stavu, existuje jen málo příležitostí k provádění zkoušek potenciální léčby na lidech. Skupina Dr. Collinse vyvinula zvířecí model progerie přepracováním lidské LMNA tak, aby nesla mutaci HGPS, a vložila ji do zárodečné linie myši. Myš vykazuje progresivní kardiovaskulární onemocnění, které se velmi podobá onemocnění pozorovanému u pacientů s HGPS. Konkrétně tyto myši vykazují progresivní úbytek buněk hladkého svalstva cév ve střední části velkých tepen. S využitím myšího modelu jako zdroje pro screening potenciálních terapií Collinsova laboratoř prokázala, že léčba FTI nejen zabránila vzniku kardiovaskulárního onemocnění u mladých myší, ale také snížila progresi kardiovaskulárních defektů při léčbě starších myší. Tento výzkum doplnil další údaje podporující klinickou studii podávání FTI pacientům s HGPS, u níž se nedávno ukázalo, že vede ke zlepšení kardiovaskulárního stavu.
Nejnovější práce na projektu HGPS zahrnuje objev, že rapamycin může být prospěšný tím, že stimuluje autofagické odstraňování progerinových komplexů. Laboratoř je také zapojena do dlouhodobého úsilí o vytvoření myši, která vůbec nemůže produkovat progerin, s cílem zjistit, zda tato absence vede k prodloužení dlouhověkosti.Mnoho z těchto variant je spojeno s poruchou sekrece nebo zpracování inzulinu a naprostá většina se nachází v nekódujících částech genomu. Tyto údaje naznačují, že změněná regulační funkce v pankreatických ostrůvcích může hrát důležitou roli v patofyziologii T2D. Pomocí technologie ChIP-seq definovala Collinsova laboratoř hlavní rysy epigenomu lidských ostrůvků a identifikovala regulační prvky, které jsou nezbytné pro normální funkci ostrůvků. Velmi zajímavé je zjištění, že alely náchylnosti k T2D identifikované pomocí GWAS leží přednostně v enhancerech specifických pro ostrůvky, zejména ve vícekilobázových tkáňově specifických enhancerech, které laboratoř nazvala „stretch enhancery“.
Důležitým novým projektem studie FUSION je analýza genotypů (pomocí sekvenování celého genomu), metylace DNA (pomocí bisulfitového sekvenování), genové exprese (pomocí RNA-seq) a fenotypů u více než 300 jedinců s různými metabolickými stavy, od nichž byly získány svalové a tukové biopsie. Charakterizace celého repertoáru lidských funkčních genomických prvků v ostrůvcích, svalech a tukové tkáni by měla poskytnout zásadní vhled do molekulárních mechanismů podílejících se na náchylnosti k diabetu.