pulmoПульмонологияPULMONOLOGIYA0869-01892541-9617Scientific and Practical Journal “PULMONOLOGIYA” LLC10.18093/0869-0189-2021-31-2-167-177pulmo-2325Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL STUDIESИспользование функциональных тестов для оценки остаточной активности канала CFTR и индивидуального подбора эффективных CFTR-модуляторов для лечения пациентов с муковисцидозом с «мягким» и «тяжелым» генетическими вариантамиFunctional tests for assessment of residual CFTR channel activity and personalized selection of efficacious CFTR-modulators for cystic fibrosis patients with ‘mild’ and ‘severe’ genetic variantshttps://orcid.org/0000-0002-5356-9415АмелинаЕ. Л.AmelinaE. L.

Амелина Елена Львовна – к. м. н., заведующая лабораторией муковисцидоза; доцент кафедры генетики болезней дыхательной системы.

115478, Москва, ул. Москворечье, 1; 115682, Москва, Ореховый бульвар, 28; тел.: (926) 205-03-91

Elena L. Amelina, Candidate of Medicine, Head of the Laboratory of Cystic Fibrosis; Associate Professor, Department of Genetics of Respiratory System Diseases.

ul. Moskvorech’e 1, Moscow, 1115478, Russia; Orekhovyy bul’var 28, Moscow, 115682, Russia; tel.: (926) 205-03-91

eamelina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5035-6396ЕфремоваА. С.EfremovaA. S.

Ефремова Анна Сергеевна – к. б. н., старший научный сотрудник лаборатории генетики стволовых клеток.

115478, Москва, ул. Москворечье, 1; тел.: (495) 324-20-24

Anna S. Efremova, Candidate of Biology, Senior Researcher, Laboratory of Stem Cell Genetics.

ul. Moskvorech’e 1, Moscow, 1115478, Russia; tel.: (495) 324-20-24

anna.efremova.83@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8814-5532МельяновскаяЮ. Л.MelyanovskayaYu. L.

Мельяновская Юлия Леонидовна – научный сотрудник научно-клинического отдела муковисцидоза.

115478, Москва, ул. Москворечье, 1; тел.: (495) 324-20-24

Yuliya L. Melyanovskaya, Researcher, Scientific and Clinical Department of Cystic Fibrosis.

ul. Moskvorech’e 1, Moscow, 1115478, Russia; tel.: (495) 324-20-24

melcat@mail.ruБулатенкоН. В.BulatenkoN. V.

Булатенко Наталья Вадимовна – младший научный сотрудник лаборатории генетики стволовых клеток.

115478, Москва, ул. Москворечье, 1; тел.: (495) 324-20-24

Natal’ya V. Bulatenko, Junior Researcher, Laboratory of Stem Cell Genetics.

ul. Moskvorech’e 1, Moscow, 1115478, Russia; tel.: (495) 324-20-24

bnv695@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0481-256XБухароваТ. Б.BukharovaT. B.

Бухарова Татьяна Борисовна – к. б. н., ведущий научный сотрудник лаборатории генетики стволовых клеток.

115478, Москва, ул. Москворечье, 1; тел.: (495) 324-20-24

Tat’yana B. Bukharova, Candidate of Biology, Leading Researcher, Laboratory of Stem Cell Genetics.

ul. Moskvorech’e 1, Moscow, 1115478, Russia; tel.: (495) 324-20-24

bukharova-rmt@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0503-6371КаширскаяН. Ю.KashirskayaN. Yu.

Каширская Наталия Юрьевна – д. м. н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории генетической эпидемиологии.

115478, Москва, ул. Москворечье, 1;  тел.: (499) 320-60-90

Nataliya Yu. Kashirskaya, Doctor of Medicine, Professor, Chief Researcher, Laboratory of Genetic Epidemiology.

ul. Moskvorech’e 1, Moscow, 1115478, Russia; tel.: (499) 320-60-90

kashirskayanj@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9642-0947КрасовскийС. А.KrasovskiyS. A.

Красовский Станислав Александрович – к. м. н., старший научный сотрудник лаборатории муковисцидоза; старший научный сотрудник научно-клинического отдела муковисцидоза; врач-пульмонолог отделения муковисцидоза.

115478, Москва, ул. Москворечье, 1; 115682, Москва, Ореховый бульвар, 28; 105077, Москва, ул. 11-я Парковая, 32; тел.: (926) 273-76-34

Stanislav A. Krasovskiy, Candidate of Medicine, Senior Researcher, Cystic Fibrosis Laboratory; Senior Researcher, Scientific and Clinical Department of Cystic Fibrosis; pulmonologist.

ul. Moskvorech’e 1, Moscow, 1115478, Russia; Orekhovyy bul’var 28, Moscow, 115682, Russia; ul. Odinnadtsataya Parkovaya 32, Moscow, 105077, Russia;tel.: (926) 273-76-34

sa_krasovsky@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2438-1605ГольдштейнД. В.GoldshteinD. V.

Гольдштейн Дмитрий Вадимович – д. б. н., профессор, заведующий лабораторией генетики стволовых клеток.

115478, Москва, ул. Москворечье, 1»; тел.: (495) 324-20-24

Dmitriy V. Goldshtein, Doctor of Biology, Professor, Head of the Laboratory of Stem Cell Genetics.

ul. Moskvorech’e 1, Moscow, 1115478, Russia; tel.: (495) 324-20-24

dvgoldrm7@gmail.comФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П.Бочкова»; Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт пульмонологии» Федерального медико-биологического агентстваРоссияFederal State Budgetary Scientific Institution “Research Center for Medical Genetics”; Federal Pulmonology Research Institute, Federal Medical and Biological Agency of RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П.Бочкова»РоссияFederal State Budgetary Scientific Institution “Research Center for Medical Genetics”Russian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П.Бочкова»; Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт пульмонологии» Федерального медико-биологического агентства; Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы «Городская клиническая больница имени Д.Д.Плетнева Департамента здравоохранения города Москвы»РоссияFederal State Budgetary Scientific Institution “Research Center for Medical Genetics”; Federal Pulmonology Research Institute, Federal Medical and Biological Agency of Russia; D.D.Pletnev City Teaching Hospital, Moscow Healthcare DepartmentRussian Federation202111042021312167177Copyright © Амелина Е.Л., Ефремова А.С., Мельяновская Ю.Л., Булатенко Н.В., Бухарова Т.Б., Каширская Н.Ю., Красовский С.А., Гольдштейн Д.В., 20212021Амелина Е.Л., Ефремова А.С., Мельяновская Ю.Л., Булатенко Н.В., Бухарова Т.Б., Каширская Н.Ю., Красовский С.А., Гольдштейн Д.В.Amelina E.L., Efremova A.S., Melyanovskaya Y.L., Bulatenko N.V., Bukharova T.B., Kashirskaya N.Y., Krasovskiy S.A., Goldshtein D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.pulmonology.ru/pulm/article/view/2325

Новые функциональные методы исследования активности канала CFTR – определение разности кишечных потенциалов (ОРКП) и форсколиновый тест на кишечных органоидах, получаемых из ректальных биоптатов больных муковисцидозом (МВ), приняты в ведущих лабораториях мира для научной и клинической работы.

Целью исследования явилась оценка возможности применения новейших функциональных методик у взрослых больных МВ – носителей генетических вариантов гена CFTR – N1303K и R334W.

Материалы и методы

Материалы и методы. Получены ректальные биоптаты у пациенток с МВ (n = 2) в возрасте 36 и 27 лет с генотипом CFTR R334W/F508del и N1303K/3821delT соответственно. Проведены ОРКП и форсколиновый тест на кишечных органоидах; полученные результаты сопоставлены с клиническими данными.

Результаты

Результаты. По результатам ОРКП подтверждено, что генетический вариант R334W является «мягким», с сохранением высокой остаточной функциональной активности канала CFTR, тогда как генетический вариант N1303K является «тяжелым» и приводит к утрате рабочего белка CFTR, что соответствует представленной клинической картине. Результаты форсколинового теста свидетельствуют о том, что вариант R334W хорошо поддается коррекции CFTR-модуляторами. Потенциатор VX-770 и корректор VX-809 оказывают слабое действие на стимуляцию форсколином органоидов при генетическом варианте N1303K.

Заключение

Заключение. Использование метода ОРКП и форсколинового теста на кишечных органоидах позволяет количественно оценить работу белка CFTR и in vitro определить эффективность таргетной терапии у пациентов с МВ.

Intestinal current measurement (ICM) and forskolin-induced swelling (FIS) assay in human intestinal organoids from rectal biopsies of cystic fibrosis (CF) patients are the new functional tests for assessment of CFTR channel activity that are widely used in the leading laboratories worldwide for scientific and clinical studies.

The aim of the study was to assess the use of the new functional tests in adult CF patients with identified N1303K and R334W CFTR gene variants.

Methods

Methods. Rectal suction biopsies were obtained from the two CF patients aged 36 and 27 years with N1303K/3821delT and R334W/F508del CFTR mutations, respectively. Results of the ICM and FIS assay in intestinal organoids were compared to the clinical data.

Results

Results. ICM has demonstrated that R334W is a ‘mild’ genetic variant with high residual CFTR channel activity. At the same time, N1303K is a ‘severe’ genetic variant and leads to a severe loss of CFTR channel function. These findings correlate with the clinical data. CFTR modulators compensate for the reduced activity of the R334W CFTR variant, as shown by the FIS assay. But there was a limited response of the forskolin-stimulated organoids to VX-770 potentiator and VX-809 corrector in the cells with N1303K genetic variant.

Conclusion

Conclusion. ICM and FIS assay in human intestinal organoids are reliable methods for quantification of CFTR channel activity. They can also predict the efficacy of the targeted therapy in CF patients in vivo.

муковисцидозгенетические варианты CFTRопределение разности кишечных потенциаловкишечные органоидыфорсколиновый тесттаргетная терапиясystic fibrosisgenetic variants CFTRintestinal current measurementsintestinal organoidsforskolin-induced swelling assaytargeted therapyРабота выполнена на средства государственного задания для Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П.Бочкова» и при финансовой поддержке благотворительного фонда «ОстроваThis study was supported by the state assignment of Federal State Budgetary Scientific Institution «Research Center for Medical Genetics», Russian Academy of Science and received financial support from the “Ostrova” foundationReferencesLopes-Pacheco M. CFTR modulators: The changing face of cystic fibrosis in the era of precision medicine. Front. Pharmacol. 2019; 10: 1662. DOI: 10.3389/FPHAR.2019.01662.Lopes-Pacheco M. CFTR modulators: The changing face of cystic fibrosis in the era of precision medicine. Front. Pharmacol. 2019; 10: 1662. DOI: 10.3389/FPHAR.2019.01662.Амелина Е.Л., Каширская Н.Ю., Кондратьева Е.И. и др., ред. Регистр больных муковисцидозом в Российской Федерации. 2018 год. М.: Медпрактика-М; 2020. Доступно на: https://mukoviscidoz.org/doc/registr/web_block_Registre_2018.pdfAmelina E.L., Kashirskaya N.Yu., Kondratyeva E.I. et al., eds. [Russian Federation cystic fibrosis patients Registry. 2018 year]. Moscow: Medpraktika-M; 2020. Available at: https://mukoviscidoz.org/doc/registr/web_block_Registre_2018.pdf (in Russian).Derichs N., Sanz J., Von Kanel T. et al. Intestinal current measurement for diagnostic classification of patients with questionable cystic fibrosis: validation and reference data. Thorax. 2010; 65 (7): 594–599. DOI: 10.1136/THX.2009.125088.Derichs N., Sanz J., Von Kanel T. et al. Intestinal current measurement for diagnostic classification of patients with questionable cystic fibrosis: validation and reference data. Thorax. 2010; 65 (7): 594–599. DOI: 10.1136/THX.2009.125088.Clancy J.P., Szczesniak R.D., Ashlock M.A. et al. Multicenter intestinal current measurements in rectal biopsies from CF and Non-CF subjects to monitor CFTR function. PLoS One. 2013; 8 (9): e73905. DOI: 10.1371/JOURNAL.PONE.0073905.Clancy J.P., Szczesniak R.D., Ashlock M.A. et al. Multicenter intestinal current measurements in rectal biopsies from CF and Non-CF subjects to monitor CFTR function. PLoS One. 2013; 8 (9): e73905. DOI: 10.1371/JOURNAL.PONE.0073905.Мельяновская Ю.Л., Кондратьева Е.И., Куцев С.И. Определение референтных значений для метода определения разности кишечных потенциалов в Российской Федерации. Медицинский вестник Северного Кавказа. 2020; 15 (2): 162–165. DOI: 10.14300/MNNC.2020.15039.Melyanovskaya Yu.L., Kondratyeva E.I., Kutsev S.I. [Determination of reference values for the method of intestinal current measurement in the russian federation]. Meditsinskiy vestnik Severnogo Kavkaza. 2020; 15 (2): 162–165. DOI: 10.14300/mnnc.2020.15039 (in Russian).Dekkers J.F., van der Ent C.K., Beekman J.M. Novel opportunities for CFTR-targeting drug development using organoids. Rare Dis. 2013; 1 (1): e27112. DOI: 10.4161/rdis.27112.Dekkers J.F., van der Ent C.K., Beekman J.M. Novel opportunities for CFTR-targeting drug development using organoids. Rare Dis. 2013; 1 (1): e27112. DOI: 10.4161/rdis.27112.Dekkers J.F. Berkers G., Kruisselbrink E. et al. Characterizing responses to CFTR-modulating drugs using rectal organoids derived from subjects with cystic fibrosis. Sci. Transl. Med. 2016; 8 (344): 344ra84. DOI: 10.1126/scitranslmed.aad8278.Dekkers J.F. Berkers G., Kruisselbrink E. et al. Characterizing responses to CFTR-modulating drugs using rectal organoids derived from subjects with cystic fibrosis. Sci. Transl. Med. 2016; 8 (344): 344ra84. DOI: 10.1126/scitranslmed.aad8278.Boj S.F., Vonk A.M., Statia M. et al. Forskolin-induced swelling in intestinal organoids: an in vitro assay for assessing drug response in cystic fibrosis patients. J. Vis. Exp. 2017; (120): е55159. DOI: 10.3791/55159.Boj S.F., Vonk A.M., Statia M. et al. Forskolin-induced swelling in intestinal organoids: an in vitro assay for assessing drug response in cystic fibrosis patients. J. Vis. Exp. 2017; (120): е55159. DOI: 10.3791/55159.Vonk A.M., van Mourik P., Ramalho A.S. et al. Protocol for application, standardization and validation of the forskolin-induced swelling assay in cystic fibrosis human colon organoids. STAR Protoc. 2020; 1 (1): 100019. DOI: 10.1016/J.XPRO.2020.100019.Vonk A.M., van Mourik P., Ramalho A.S. et al. Protocol for application, standardization and validation of the forskolin-induced swelling assay in cystic fibrosis human colon organoids. STAR Protoc. 2020; 1 (1): 100019. DOI: 10.1016/J.XPRO.2020.100019.CFTR2. The Clinical and Functional Translation of CFTR. Available at: http://cftr2.orgCFTR2. The Clinical and Functional Translation of CFTR. Available at: http://cftr2.orgECFS. Zolin A., Orenti A., Naehrlich L. et al. ECFS Patient Registry Annual Report 2018. Version 1.4. Available at: https://www.ecfs.eu/sites/default/files/general-content-files/working-groups/ecfs-patient-registry/ECFSPR_Report_2018_v1.4.pdf [Accessed: February 01, 2021].ECFS. Zolin A., Orenti A., Naehrlich L. et al. ECFS Patient Registry Annual Report 2018. Version 1.4. Available at: https://www.ecfs.eu/sites/default/files/general-content-files/working-groups/ecfs-patient-registry/ECFSPR_Report_2018_v1.4.pdf [Accessed: February 01, 2021].Castellani C., Cuppens H., Macek M. Jr et al. Consensus on the use and interpretation of cystic fibrosis mutation analysis in clinical practice. J. Cyst. Fibros. 2008; 7 (3): 179–196. DOI: 10.1016/J.JCF.2008.03.009.Castellani C., Cuppens H., Macek M. Jr et al. Consensus on the use and interpretation of cystic fibrosis mutation analysis in clinical practice. J. Cyst. Fibros. 2008; 7 (3): 179–196. DOI: 10.1016/J.JCF.2008.03.009.Ефремова А.С., Бухарова Т.Б., Каширская Н.Ю., Гольдштейн Д.В. Применение кишечных органоидов для персонализированной диагностики и терапии муковисцидоза. Медицинская генетика. 2018; 17 (9): 3–12.Efremova A.S., Bukharova T.B., Kashirskaya N.Y., Goldshtein D.V. [Intestinal organoids and their application for personalized diagnostics and treatment of cystic fibrosis]. Meditsinskaya genetika. 2018; 17 (9): 3–12. DOI: 10.25557/2073-7998.2018.09.3-12 (in Russian).Dekkers J.F., Gogorza Gondra R.A., Kruisselbrink E. et al. Optimal correction of distinct CFTR folding mutants in rectal cystic fibrosis organoids. Eur. Respir. J. 2016; 48 (2): 451–458. DOI: 10.1183/13993003.01192-2015.Dekkers J.F., Gogorza Gondra R.A., Kruisselbrink E. et al. Optimal correction of distinct CFTR folding mutants in rectal cystic fibrosis organoids. Eur. Respir. J. 2016; 48 (2): 451–458. DOI: 10.1183/13993003.01192-2015.van Willigen M., Vonk A.M., Yeoh H.Y. et al. Folding- function relationship of the most common cystic fibrosis-causing CFTR conductance mutants. Life Sci. Alliance. 2019; 2 (1): e201800172. DOI: 10.26508/LSA.201800172.van Willigen M., Vonk A.M., Yeoh H.Y. et al. Folding- function relationship of the most common cystic fibrosis-causing CFTR conductance mutants. Life Sci. Alliance. 2019; 2 (1): e201800172. DOI: 10.26508/LSA.201800172.Ramalho A.S., Fürstová E., Vonk A.M. et al. Correction of CFTR function in intestinal organoids to guide treatment of cystic fibrosis. Eur. Respir. J. 2021; 57 (1): 1902426. DOI: 10.1183/13993003.02426-2019.Ramalho A.S., Fürstová E., Vonk A.M. et al. Correction of CFTR function in intestinal organoids to guide treatment of cystic fibrosis. Eur. Respir. J. 2021; 57 (1): 1902426. DOI: 10.1183/13993003.02426-2019.De Boeck K. Cystic fibrosis in the year 2020: A disease with a new face. Acta Paediatr. 2020; 109 (5): 893–899. DOI: 10.1111/APA.15155.De Boeck K. Cystic fibrosis in the year 2020: A disease with a new face. Acta Paediatr. 2020; 109 (5): 893–899. DOI: 10.1111/APA.15155.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.