Редактирование анемии
Серповидно-клеточная анемия (СКА) – наиболее распространенное генетическое заболевание, ежегодно выявляемое у 300 000 новорожденных во всем мире. В основе СКА лежат две мутировавшие копии гена гемоглобина, которые меняют форму эритроцитов из круглой дискообразной в серповидную. Это запускает каскад изменений, приводящих к повреждению органов, хронической боли и ранней смертности.
Исследователи из Института Брода Массачусетского технологического института, Гарвардского университета и Детской исследовательской больницы Святого Иуды использовали технологию редактирования азотистых оснований, позволяющую непосредственно преобразовать одну букву в цепи ДНК в другую, превращая патологический ген в здоровый, что привело к синтезу нормального гемоглобина. Исследование было проведено in vitro на человеческих гемопоэтических клетках и in vivo на мышиной модели СКА.
В настоящее время единственным методом лечения СКА является трансплантация костного мозга, но найти подходящего донора для пациента сложно, а больные, которым выполняется трансплантация, имеют высокий риск серьезных побочных эффектов. Некоторые лаборатории разрабатывают методы генного модифицирования клеток собственного костного мозга пациента, чтобы избежать трансплантации донорской ткани, но все они основаны на введении новой ДНК либо сопровождаются разрывом цепей ДНК в клетках, что также может вызвать побочные эффекты.
Единственная мутация ДНК, лежащая в основе СКА, – это замена аденина, который должен был быть в здоровом гене гемоглобина, на тимин. Редактор оснований не способен обратить это изменение, но может преобразовать тимин в цитозин. Такое редактирование превращает патологическую гемоглобина в непатогенный вариант Makassar. (Этот вариант гемоглобина был обнаружен у мужчины в городе Макассар на индонезийском острове Сулавеси в 1969 году.)
В данной работе исследовательская группа использовала редактор оснований, который может преобразовать пару оснований аденин-тимин (А-Т) в гуанин-цитозин (Г-Ц), изменяя ген на уровне лишь одной пары нуклеотидов. Инструменты для редактирования включают усовершенствованный и измененный вариант белка Cas9, который направляет редактор на мутировавший ген гемоглобина в геноме, а также фермент, который преобразует целевой аденин в гуанин. Далее происходит восстановление комплементарной нити ДНК, завершая преобразование целевой пары оснований А-Т в Г-Ц.
Группа ввела редактор оснований в стволовые клетки крови, взятые от пациентов с СКА, до 80% патогенных вариантов гемоглобина были успешно изменены в вариант Makassar; нежелательные изменения гемоглобина редактирование вызывало крайне редко.
Исследователи ввели эти стволовые клетки крови мышам, чтобы наблюдать, как они функционируют у живых животных. Через 16 недель отредактированные клетки все еще производили здоровые эритроциты. Почти 90% клеток содержали по крайней мере одну отредактированную копию гена.
В отдельной серии экспериментов исследователи взяли стволовые клетки крови от мышиных моделей СКА, отредактировали их и пересадили другой группе мышей-реципиентов. Контрольная группа мышей, получивших нередактированные клетки, демонстрировала типичные симптомы СКА: серповидные эритроциты с коротким сроком жизни и увеличение селезенки. Напротив, мыши, получившие отредактированные клетки, давали лучшие результаты по сравнению с контролем по каждому тестируемому показателю заболевания, причем все измеренные параметры крови наблюдались на уровнях, почти неотличимых таковых у здоровых животных.
Наконец, чтобы подтвердить стойкость эффекта редактирования стволовых клеток крови, исследователи провели вторичную трансплантацию, взяв костный мозг у мышей, получивших отредактированные клетки 16 недель назад, и пересадив их новой группе мышей. В этой когорте животных отредактированные клетки продолжали действовать аналогично здоровым стволовым клеткам крови, подтверждая, что эффекты редактирования оснований были длительными.
Ученые пришли к выводу, что редактирования по меньшей мере 20% патогенных генов гемоглобина достаточно для поддержания показателей крови у мышей на здоровом уровне.
Исследователи работают над тем, чтобы проверить безопасность и эффективность этой концепции в дополнительных доклинических исследованиях, чтобы потом как можно быстрее перенести их в клинические исследования.
Статья G.A.Newby et al. Base editing of haematopoietic stem cells rescues sickle cell disease in mice опубликована в журнале Nature.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Broad Institute: Genetic base editing treats sickle cell disease in mice.