Работа, описанная в журнале Nature 2 августа 2017 года, является результатом сотрудничества Института Солка, Орегонского университета здравоохранения и науки (OHSU) и Корейского института фундаментальных наук и может проложить путь к улучшению результатов экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). а также возможные лекарства от некоторых из тысяч болезней, вызванных мутациями в отдельных генах.«Благодаря достижениям в технологиях стволовых клеток и редактировании генов мы наконец начинаем заниматься болезнетворными мутациями, которые потенциально влияют на миллионы людей», — говорит Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, профессор Лаборатории экспрессии генов Солка и автор статьи. . «Редактирование генов все еще находится в зачаточном состоянии, поэтому, несмотря на то, что эти предварительные усилия были признаны безопасными и эффективными, крайне важно, чтобы мы продолжали действовать с максимальной осторожностью, уделяя самое пристальное внимание этическим соображениям».Хотя инструменты редактирования генов могут потенциально излечить ряд заболеваний, ученые действовали осторожно, отчасти чтобы избежать внесения непреднамеренных мутаций в зародышевую линию (клетки, которые становятся яйцеклетками или сперматозоидами). Изписуа Бельмонте обладает уникальной квалификацией, чтобы говорить об этике редактирования генома, отчасти потому, что, будучи членом комитета по редактированию генов человека Национальной академии наук, инженерии и медицины, он помогал в разработке дорожной карты 2016 г. «Редактирование генома человека: наука» , Этика и управление ". Исследование в текущем исследовании полностью соответствует рекомендациям, содержащимся в этом документе, и строго придерживается руководящих принципов, установленных Советом по институциональной проверке OHSU и дополнительными специальными комитетами, созданными для научной и этической проверки.
Гипертрофическая кардиомиопатия (ГКМП) является наиболее частой причиной внезапной смерти у здоровых в остальном молодых спортсменов и затрагивает примерно 1 из 500 человек в целом. Это вызвано доминантной мутацией в гене MYBPC3, но часто остается незамеченным, пока не становится слишком поздно. Поскольку люди с мутантной копией гена MYBPC3 имеют 50-процентную вероятность передать его своим детям, возможность исправить мутацию в эмбрионах предотвратит болезнь не только у пораженных детей, но и у их потомков.Исследователи создали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из биопсии кожи, предоставленной мужчиной с HCM, и разработали стратегию редактирования генов, основанную на CRISPR-Cas9, которая будет специально нацелена на мутантную копию гена MYBPC3 для восстановления.
Целевой мутировавший ген MYBPC3 был разрезан ферментом Cas9, что позволило собственным механизмам репарации ДНК донорских клеток исправить мутацию во время следующего раунда клеточного деления, используя либо синтетическую последовательность ДНК, либо немутантную копию гена MYBPC3 в качестве шаблон.Используя методы ЭКО, исследователи вводили наиболее эффективные компоненты для редактирования генов в здоровые донорские яйцеклетки, недавно оплодотворенные донорской спермой.
Затем они проанализировали все клетки ранних эмбрионов при разрешении одной клетки, чтобы увидеть, насколько эффективно была исправлена мутация.Ученые были удивлены тем, насколько безопасен и эффективен этот метод. Мало того, что был восстановлен высокий процент эмбриональных клеток, но и генная коррекция не вызвала каких-либо обнаруживаемых мутаций вне мишени и нестабильности генома — основных проблем для редактирования генов.
Кроме того, исследователи разработали надежную стратегию, чтобы восстановление происходило последовательно во всех клетках эмбриона. (Точечный ремонт может привести к тому, что некоторые клетки продолжат нести мутацию.)«Даже несмотря на то, что процент успеха в клетках пациентов, культивируемых в чашке, был низким, мы увидели, что генная коррекция кажется очень надежной в эмбрионах, у которых одна копия гена MYBPC3 мутирована», — говорит Джун Ву, научный сотрудник Salk и один из первых авторов статьи. Отчасти это произошло потому, что после ферментативного разрезания мутированной копии гена, опосредованного CRISPR-Cas9, эмбрион инициировал собственное восстановление. Вместо того, чтобы использовать предоставленную синтетическую матрицу ДНК, команда неожиданно обнаружила, что эмбрион предпочтительно использовал доступную здоровую копию гена для восстановления мутированной части. «Наша технология успешно восстанавливает мутацию гена, вызывающего заболевание, используя реакцию репарации ДНК, уникальную для ранних эмбрионов», — говорит Ву.Изписуа Бельмонте и Ву подчеркивают, что, хотя и многообещающие, это очень предварительные результаты, и необходимо провести дополнительные исследования, чтобы гарантировать отсутствие непредвиденных эффектов.
«Наши результаты демонстрируют большой потенциал редактирования эмбриональных генов, но мы должны продолжать реалистично оценивать риски, а также преимущества», — добавляет Изписуа Бельмонте.В будущем будет продолжена работа по оценке безопасности и эффективности процедуры и эффективности метода с другими мутациями.