В основата на генетичните промени в човешкия ембрион - природата - Новини и статии
Теми
CRISPR - Технологията за редактиране на гена Cas се използва в човешки ембриони, отглеждани in vitro, за да коригира свързана с болестта мутация. Въвеждането на компоненти за редактиране на тора допринесе за ефективността на ремонта. Вижте статията стр.413
Хипертрофичната кардиомиопатия е наследствено сърдечно заболяване. Той може да бъде причинен от мутации в много гени, включително сърдечния миозин свързващ протеин С (MYBPC3). Този ген кодира протеин, който допринася за структурното поддържане на сърдечния мускул и за регулирането на неговото свиване и отпускане 4. Наличието на мутантно копие на MYBPC3 причинява симптоми, които обикновено се проявяват като сърдечна недостатъчност. Въпреки че съществуващите лечения могат да облекчат симптомите, няма начин да се преодолее основната генетична причина при пациента. Ма и нейните колеги изучават използването на генно редактиране за коригиране на тази мутация.
Една от възможностите за предотвратяване на наследяване на определени състояния, свързани с мутация, е използването на генетични тестове по време на лечение на плодовитостта чрез ин витро оплождане (IVF). Това прави възможно избирането на ембриони за имплантация, които не съдържат специфичната мутация. Ако един от родителите, участващи в IVF лечение, има мутантно копие на MYBPC3, 50% от оплодените ембриони на двойката ще наследят болестта. Ма и колеги предлагат хипотетичен сценарий, при който техният подход може да позволи на човек с хипертрофична кардиомиопатия да увеличи процента на ембрионите, налични за IVF имплантация, които не биха наследили заболяването.
През последните няколко години CRISPR - Cas е разработен 6, 7 за ефективно и точно редактиране на човешкия геном. Въпреки че този метод е широко приет, като се използват системи за клетъчни култури на бозайници и модели на животински ембриони, само три публикувани проучвания 8, 9, 10 съобщават за използването на тази техника при ембриони.
CRISPR - Cas Editing System се нуждае само от два компонента за редактиране на ДНК: водеща РНК последователност и Cas нуклеазен ензим, като Cas9 е най-често използваният. Специфичната геномна цел се определя от направляващата РНК, която образува комплекс с Cas9, позволявайки на ензима да се насочи към геномно място, съдържащо съответна последователност. Тук Cas9 реже ДНК, причинявайки двуверижно скъсване 6, 7 .
Образуването на двуверижни прекъсвания може да активира един от двата основни пътя за възстановяване на ДНК в клетката: нехомологичен път на свързване на края (NHEJ) или хомологичен път за възстановяване (HDR). Пътят на NHEJ възстановява прекъсване чрез произволно добавяне или премахване на нуклеотиди, което води до промени в ДНК последователността, което я прави неизползваема за генна корекция. Следователно подходите се фокусират върху HDR, който използва хомоложни последователности (сдвояване), за да възстанови разкъсванията на ДНК, като по този начин позволява въвеждането на специфични последователности, за да даде възможност за персонализиран ремонт.
Планирано доставяне на компоненти CRISPR в подходяща точка от цикъла на клетъчното делене, или при прехода между фази G1 и S или между фази G2 и M, може да доведе до преференциално използване на HDR пътя. За съжаление, в предишни доклади ефективността на възстановяването на твърдия диск след действието на CRISPR - Cas9 беше твърде ниска, както в култивираните човешки ембрионални стволови клетки (около 2% ефективност) 11, така и в човешкия ембрион (14,3-25% ефективност) 8 .
Ма и нейните колеги създадоха CRISPR - Cas9 генни конструкции за насочване към MYBPC3 и провериха и анализираха генното насочване с помощта на човешки стволови клетки. След това започнаха да работят с човешки ембриони. Едно от основните предизвикателства при използването на CRISPR - Cas9 за редактиране на човешки ембрионални геноми е феноменът мозаицизъм, при който неефективността при генното редактиране води до развитие на ембрион с редактирани клетки и нередактирани 8, 9, 10 (фиг. 1а). Това може да доведе до смесване на здрави и болни клетки в различни тъкани и органи, което може да причини симптоми на заболяването.
