Японские ученые сделали значительный шаг в потенциальном лечении синдрома Дауна, используя передовую технологию генетического редактирования CRISPR-Cas9. Исследователи из Университета Ми успешно удалили лишнюю копию 21-й хромосомы из пораженных клеток в лабораторных условиях.
Этот прорыв, опубликованный в PNAS Nexus, может помочь справиться с генетической причиной состояния.
Механизм действия CRISPR и результаты исследования
Синдром Дауна, или трисомия 21, возникает из-за наличия дополнительной копии 21 хромосомы, которая нарушает нормальные клеточные процессы и приводит к ряду проблем с развитием и здоровьем. Этот синдром диагностируется примерно у 1 из 700 новорожденных в США.
Группа ученых под руководством исследователя Ретаро Хашизуме продемонстрировала, что CRISPR-Cas9 может избирательно удалять эту излишнюю хромосому в клетках человека. Технология работает с помощью специализированного фермента, находящего и разрезающего точные последовательности ДНК. В этом исследовании специалисты смоделировали направляющие молекулы CRISPR, распознающие лишь дополнительную копию 21-й хромосомы, называемую аллель-специфическим редактированием.
"Мы разработали нашу систему CRISPR так, чтобы она влияла на лишнюю хромосому, не затрагивая нормальную пару. Наша цель заключалась в том, чтобы удалить лишний материал и увидеть, вернется ли экспрессия генов в клетке к нормальному уровню", – пояснил Хашизуме.
Первые исследования проводились на выращенных в лаборатории стволовых клетках. После удаления излишней хромосомы ученые наблюдали нормализацию паттернов экспрессии генов и синтеза белков. Важно, что гены, связанные с развитием нервной системы, стали более активными, тогда как гены, связанные с метаболизмом, были угнетены, что подтверждает предыдущие исследования, указывающие на нарушение развития мозга плода при трисомии 21-й хромосомы.
Расширение исследований и последующие вызовы
Исследовательская группа расширила свои эксперименты, включая редактирование фибробластов кожи – зрелых нествольных клеток, взятых у людей с синдромом Дауна. В этих случаях также удалось успешно удалить излишнюю хромосому во многих обработанных клетках.
"Эти результаты особенно многообещающие. Даже в дифференцированных клетках мы наблюдали коррекцию хромосомных аномалий, что открывает возможности для более широкого применения в разных типах тканей", – отметил Хашизуме.
После удаления излишней хромосомы скорректированные клетки показали улучшенную биологическую функцию: они росли быстрее и имели более короткое время удвоения. Кроме того, обработанные клетки производили меньше активных форм кислорода – вредных побочных продуктов, связанных с клеточным стрессом и старением, – что указывает на улучшение функции митохондрий и общего состояния клеток.
Однако процесс не лишен сложностей. Некоторые разрезы CRISPR затрагивают здоровые хромосомы, что вызывает опасения относительно побочных эффектов. Для решения этой проблемы исследователи усовершенствуют молекулы-навигаторы, чтобы они связывались только с дополнительной 21-й хромосомой.
"Точность имеет решающее значение. Мы оптимизируем нашу стратегию таргетирования и оцениваем, как эти редактируемые клетки ведут себя со временем в реальных биологических системах", - подчеркнул Хашизуме.
Этические аспекты и перспективы
Эксперты утверждают, что это открытие имеет далеко идущие последствия. Если метод окажется безопасным и надежным, его можно будет применять в регенеративной медицине, например в терапии стволовыми клетками, использующей исправленные клетки для замены или восстановления поврежденных тканей у людей с синдромом Дауна.
Хотя наука двигается вперед, возможность генетического устранения синдрома Дауна поднимает глубокие этические вопросы. Японская группа ясно дала понять, что их цель — не искоренить синдром Дауна из общества, а лучше понять, как генетическое редактирование может облегчить связанное с ним биологическое бремя.
Синдром Дауна по-прежнему связан с широким спектром заболеваний, включая врожденные пороки сердца (почти 50% новорожденных), повышенный риск желудочно-кишечных заболеваний, нарушение функции щитовидной железы, иммунной системы и раннее начало болезни Альцгеймера. Ученые считают, что дополнительная двадцать первая хромосома увеличивает выработку белка-предшественника амилоида, что приводит к накоплению бета-амилоидных бляшек в мозгу – ключевого маркера болезни Альцгеймера.
Удаляя лишнюю хромосому, исследователи надеются уменьшить или отсрочить возникновение этих сопутствующих заболеваний. Однако эксперты предупреждают, что клиническое применение начнется не скоро.
"Эта технология пока не готова к использованию в больницах или повседневной медицинской практике. Но она устанавливает новый стандарт возможностей CRISPR – не просто редактировать отдельные гены, а удалять целые хромосомы", – подытожил Хашизуме.
Напомним, украинские и чешские стражи порядка завершили международное расследование дела преступной организации, которая создала сеть мошеннических call-центров и специализировалась на похищении средств со счетов граждан стран ЕС. Обвинительные акты по 14 участникам группировки уже направлены в суд.
Еще больше горячих и эксклюзивных новостей – в наших Telegram-канале и Facebook !