Egy dermesztő génhiba nyomában

Csonttá dermedő izmok

A fibrodysplasia ossificans progressiva - röviden FOP vagy Münchmeyer-szindróma - nevű betegségben szenvedő emberek szervezetében kis izom- vagy kötőszövet-sérülések kisiklott rend szerint zajló szöveti regenerációt indíthatnak be, melynek eredményeképpen a már differenciálódott kötőszöveti sejtekből rejtélyes csontosodási mechanizmussal csontok képződnek. A másodlagos csontvázzá hatalmasodó, merev csontszövet közé záródó izomrostok, ízületek és inak miatt az addig mozgékony tagok mozdulatlanokká dermednek.

Megszállottak

Amikor Frederik Kaplan, amerikai ortopédsebész 1980-ban először találkozott egy FOP-beteg kisgyermekkel, áramütésként hatott rá az élmény. Tudta, tehetetlenül kell végignéznie, hogy a mozgékony kislány idővel feltartóztathatatlanul saját csontjainak fogja lesz. Kaplan igazi "örök diák", állandóan tanult, beleásta magát a csontképződés, genetikájába, a sejtszintű és molekuláris folyamatokba. Most minden figyelmét a kór megismerésének szentelte. Így ismerte meg Eileen Shore molekulárbiológus-genetikust, és fogtak hozzá egy FOP-kutató laboratórium létrehozásához. Az orvos nem törődve mások véleményével, miszerint hiábavaló annyit fáradozni egy alig néhány száz embert érintő betegség megfejtésén és gyógyításán, maroknyi hasonlóan megszállott kollegájával ennek szentelte életét. A kezdetek óta többszáz beteget ismert meg személyesen. Kaplan doktor szobájának falán megannyi kedves arc, betegeinek képei. Nem hagyhatja őket cserben, gyógymód és remény nélkül. 1987-ben egy nap Kaplan egyetemistáknak tartott konzultációján új kolléga jelent meg. Egy ideig hallgatta a beszélgetést, majd Michael Zasloff néven mutatkozott be. Addig a Nemzeti Egészségügyi Intézetben (NIH) dolgozott, ahol lényegében hobbiból foglalkozott többet e különös kórral élő betegeivel, mint hivatalból kellett volna. A munkahelyváltás egyben tíz éves kutatásainak végét is jelentette volna. Megkérdezte Kaplant, ismeri-e a FOP betegséget. Kaplannak akkor két ilyen betege volt. Elhatározták, hogy felderítik a kór molekuláris hátterét.

Michael Zasloff gyerekorvos volt, biokémia-genetika témájú doktori kutatásai mellett klinikus orvosként is dolgozott. 1977-ben találkozott első FOP-betegével; a nyolc éves kislány nyakán nagy, fájdalmas duzzanat volt. Azon szerencsés betegek közé tartozott, akiket viszonylag korán helyesen diagnosztizáltak. Mivel Zasloff vonzódott a megmagyarázhatatlan jelenségekhez, áttanulmányozta az addig fellelhető eseteket, szövetmintáikat, elméleteket gyártott. Érdeklődése azonban nem vezetett eredményre, mivel kevés FOP-betege, s még kevesebb támogatása volt.

A tudatlanság áldozatai

Kaplan és Zasloff egyik legnagyobb gondja az volt, hogy a téves diagnózisok sok beteg szenvedéseit fokozták. Egy amerikai kislánynak például három éves korában vállból amputálták a karját, pedig a duzzanat nyomán csak lassan vesztette volna el mozgásképességét. Szívügyük lett orvoskollégáik képzése, hogy megelőzzék az újabb végzetes tévedéseket. Ingyen kezelték pácienseiket, s jóllehet nem tudtak sokat segíteni, híre ment, hogy törődnek velük, és egyre több beteget küldtek hozzájuk. Két év múlva már kétszer annyi beteg jelentkezett a Pennsylvaniai Egyetem philadelphiai kórházában.

Egy testben két csontváz

Első teendőjük a FOP-csontosodási folyamatának tisztázása volt. A helyes diagnózis előtti időkből az aktív FOP-gócokból származó szövetmintákat tanulmányozva megállapították, hogy a hívatlan csontok embrionális kötő- és porcszövet-eredetűek. Normális, egészséges csontként viselkednek: törnek, összeforrnak, a csontritkulás is ugyanúgy zajlik bennük, épp csak rossz helyen vannak. Korábban azt is megfigyelték, hogy a kóros csontok nem jelenhetnek meg a testben akárhol, viszont egyes ízületek gyakran érintettek. Immár negyvennégy páciens adatai álltak Kaplan és Zasloff rendelkezésére, akik csontról csontra követték a betegség előrehaladását. A rosszabbodások általában kisebb-nagyobb balesetekben szerzett sérülésekhez kötődtek. Az betegek pontosan tudták, zagjaik melyik nap mozogtak utoljára. A betegség kezdete és a későbbi csontosodási rohamok más és más életkorban jelentkeztek, az érintett ízületek azonban mindig ugyanolyan menet szerint (a nyaktól lefelelé és a háti oldalról a hasi felé) vették birtokba a testet, ami teljesen megegyezett csontváz kialakulásának anyaméhen belüli sorrendjével és szövettani fejlődésével. Az 1980-as évek végére egyértelmű lett, hogy a látszat ellenére a rendellenes csontok nem össze-vissza képződnek, hanem a meglévő első csontváz kiépülésének megfelelő helyen és sorrendben, annak szabályszerűségeit követve egy második csontrendszer jön létre, csupán jóval lassabban, hosszú évek alatt. A tény teljesen felvillanyozta a kutatókat. Miért nem zárul le az embrionális csontképződés, s folytatódik rossz mederben? Kaplanék genetikai okra gyanakodtak, és kíváncsiak voltak a családi előfordulásra.

1990-ben rátaláltak egy Louisianában élő hölgyre, akinek idős édesapja is élt, mindketten FOP-ban szenvedtek. 1993-ban akadtak a georgiai Smith családra, ahol az apa és mindhárom gyermeke FOP-beteg volt, majd Angliában is előkerült egy család, ahol három generáció is érintett volt. Jelenleg hét olyan családról tudnak, ahol a betegség öröklődött. Vizsgálatuk sokat segített a gén megtalálásában, bár modern géntechnológiai módszerekkel még ennél is sokkal nagyobb beteglélekszámra volna szükség.

Véletlenek, muslicák, karmosbékák és a rejtély kulcsa Az áttörést a BMP (bone morphogenetic - csontformáló - protein) fehérje névre keresztelt fehérje-család egyik felfedezőjével, a bostoni Dr. John Wozneyval való találkozás hozta. Zasloff régóta gyanakodott, hogy e fehérjéknek köze van a FOP-hoz. Így, amikor Wozney cikke 1988-ban megjelent a Science folyóiratban, izgatottan mutatta meg kutatótársának. A Boston közelében élő Wozney szarvasmarhák csontjából olyan fehérjéket mutatott ki, melyek az izomsejteket csontképzésre késztették. 40 kg szarvasmarha-csontot tört porrá, és dolgozott föl aprólékos munkával, hogy kinyerje a 40 milliomod grammnyi fehérjét, amiből felnőtt szövetbe juttatva FOP-hoz hasonló, embrionális csontképződési folyamatot lehetett kiváltani. Aminosavsorrendjének meghatározása után Wozney molekula-adatbankokban kezdte kutatni, hogy ismertek-e e fehérjék génjei. Megdöbbenésére talált egy BMP-4 jelű gént, csakhogy ez egy muslica génje volt, s az állatka testfelépítésének szabályozásában játszott szerepet. Ez az ősi, univerzális gén a legkülönbözőbb állatoknál egyaránt a genetikailag meghatározott testforma kialakulásához szükséges. Hibája a muslicalábak végének deformációját okozta, ami kísértetiesen hasonlított a később FOP-beteggé váló újszülötteknél jól felismerhető nagylábujj-görbületre, a hallux vagusra! Vajon a FOP-betegek sejtjeiben is kimutatható a kelleténél több BMP termelődése? Megint kapóra jött, hogy korábban daganatnak vélték a FOP-os gyerekek nyaktájéki duzzanatait, s szövetmintáikat megőrizték. A mintákban lévő fehérvérsejtekben hemzsegett a BMP4-fehérje.

E fehérvérsejtek ahelyett, hogy feladatukat ellátva az idegen testeket, kórokozókat tették volna el láb alól, a sérült területen a saját izomsejteket kezdték öldösni, közben pedig sok BMP4-et adtak le magukból. A fehérje felépítése normálisnak tűnt. Talány maradt, miért volt belőle annyi. Mígnem egy berkeley karmosbékaembrió-kutató, Richard Harland nem várt segítséggel szolgált. Ő ismerte fel a BMP4 ellenlábasát, egy fehérjét, amit Nogginnak nevezett el, és aminek az a feladata, hogy amint egy csont elkészült, hatástalanítsa a BMP4-et. Végre volt kísérleti állat! A Harland által előállított egérnek nem volt Nogginja, ezért számos hívatlan csontja fejlődött, akárcsak a FOP-betegeknek. Kiderült, hogy a két ellentétes hatású molekula egyensúlyát egy rendkívül bonyolult szabályzókör irányítja, ami számos további fehérjéből áll. Ezek génjei között kellett keresni a főbűnöst: 15 éves kutatómunka eredményeképpen 2005 augusztusában találták meg.

Hatmilliárdból egyetlen hiba

Bizonyára nagyon örülnénk, ha munkánkban csak ennyi hiba volna, de az ivarsejtek képződésekor az örökítő DNS-t ennél is pontosabban kell lemásolni. A betegség a 2. kromoszómán keletkező, ritka pontmutáció eredménye. A hibás gén az ACVR1 (Activin Receptor Type IA) nevű gén egy változata, ami az embrionális és regenerációs csontformálódás szabályozásáért felelős egyik BMP fehérje, a három ismert BMP receptor egyikének szerkezetét kódolja. A receptorfehérje úgy működik, mint egy váltókapcsoló, ami egy adott őssejt további fejlődési irányát határozza meg. Főként a kezek és lábak porcos vázának csontosodási magjaiban, illetve a felnőtt izomszövetben játszik központi szerepet. Még azt is pontosan tudják, hogy az összesen 509 aminosav hosszúságú fehérje génjében a 206. aminosav kódjánál van a hiba, ami minden FOP-betegnél teljesen egyforma. Egyetlen aminosav cseréje is jelentősen befolyásolja a receptor érzékenységét és működését.

Ha egy spermium vagy petesejt képződésénél megtörténik a FOP-gén végzetes mutációja, az abból fogant baba felnőve menthetetlenül elcsontosodik. Nagyjából minden kétmilliomodik ember születik FOP-pal. Szinte mindig új mutációról van szó, ezért ugyancsak 1:2000000 annak az esélye, hogy egészséges szülőpárnak a következő gyermeke is beteg lesz. Mivel azonban a gén domináns, elég az egyik ivarsejt hibája, a betegség kialakul. Az apa idősebb életkora rizikótényező lehet. Általában nem öröklődik, mivel a kór lefolyása ritkán teszi lehetővé a gyermekvállalást. Ha egy beteg egészséges társával mégis gyermeket szeretne, 50 százalék az esélye, hogy gyermekük hibás gént kap. Ismert azonban egy-egy család, ahol az apa után valamennyi gyermeke örökölte a betegséget.

Megnyílhat-e a csontváz-börtön?

A gén megtalálását Kaplan a Mount Everest megmászásához hasonlította. A csúcson végre feltárulhat a teljes panoráma számtalan úttal, amelyeken végighaladva megérthető a csontképződés teljes folyamata, s eljuthatunk a gyógymódhoz. A betegség sejtszintű, molekuláris okának ismerete nélkül nem lenne esély igazi gyógymód kifejlesztésére. Még nem világos, mi kapcsolja be a hibás mechanizmust, miért vannak szünetek a betegség lefolyásában. Mi a kapcsolat a betegség fellobbanása és az apró sérülések, gyulladások, valamint az őssejtek működése között? A csont az egyetlen olyan szerv, ami sérülés esetén tökéletesen képes regenerálódni. Az embrionális és a regenerációs csontképződés teljesen megegyezik, az egyetlen különbség, hogy az anyaméhben biztosan nincs gyulladás.

Kaplan azt ígéri, még életében kerül gyógymódja a betegségnek. Az egyik gyógyszer-jelölt lehet a Noggin, illetve egy hasonló gátló fehérje, ami a másodlagos csontok képződését volna hivatott megakadályozni, de legalábbis megfékezni a csontnövést, ami lehetővé tenné a csontok műtéti eltávolítását. Az is megoldás volna, ha az erek elzárásával blokkolhatnák a csontszövet-képződéshez szükséges tápanyagszállítást. Talán épp egy Zasloff által felfedezett anyaggal, ami a porcos halakhoz tartozó cápákban előzi meg a váz elcsontosodását? Eileen Shore FOP-ra jellemző génhibával élő egér kifejlesztésén dolgozik, ami tökéletesen képes lenne modellezni a FOP-betegség folyamatait. Sok sikert!

Irodalom, források:
1. www.ifopa.org
2. www.fop-ev.de
3. Dr. Szabó László - Dr. Szemlédy Ferenc: Fibrodysplasia ossificans progressiva, Gyermekgyógyászat, 2000., 51. köt. 1. sz.
4. E. F. McCarthy, M. Sundaram Skeletal (Ford. Dr. Kovács Balázs): A heterotróp csontosodás, Radiol. 2005. 34. 609-619.
5. Dr. Szekeres László, Dr. Bergmann Annamária, Dr. Szikszai Attila, Dr. Nágó Annamária, Dr. Czeizel Endre: Fibrodysplasia ossificans progressiva - egy eset kapcsán, Magyar Reumatológia, 1998, 39, 219-221
6. www.uphs.upenn.edu
7. www.spiegel.de