Синдром Дауна: японские ученые применили технологию для удаления лишней хромосомы
Исследователи из Японии открыли возможность устранения генетической причины синдрома Дауна с помощью передовой технологии редактирования генома, передает агентство Kazinform.
Используя CRISPR-Cas9, исследователи из Университета Миэ (Mie University) успешно удалили лишнюю копию 21-й хромосомы из поражённых клеток в лабораторных условиях — это научное достижение, способное изменить подходы к лечению этого состояния в будущем.
Понимание синдрома Дауна и прорыв CRISPR
Синдром Дауна или трисомия 21 встречается примерно у одного из 700 новорождённых в США. Он вызван наличием дополнительной копии 21-й хромосомы, что нарушает нормальные клеточные процессы и приводит к целому ряду проблем с развитием и здоровьем — включая интеллектуальные нарушения, врождённые пороки сердца и повышенный риск болезни Альцгеймера.
Команда Университета Миэ под руководством исследователя Рётаро Хасидзумэ продемонстрировала, что инструмент CRISPR-Cas9 может избирательно удалять лишнюю хромосому из человеческих клеток.
— Устранение трисомии путём аллель-специфического многократного вырезания хромосомы с использованием CRISPR-Cas9 в клетках с трисомией 21, — так написала команда в статье, опубликованной PNAS Nexus.
CRISPR-Cas9 работает с помощью специального фермента, который разрезает точные участки ДНК. В этом исследовании учёные сконструировали направляющие молекулы CRISPR так, чтобы они распознавали только лишнюю копию 21-й хромосомы — процесс, называемый аллель-специфическим редактированием.
— Мы разработали систему CRISPR так, чтобы она нацеливалась исключительно на лишнюю хромосому, не затрагивая нормальную пару, — пояснил Хасидзумэ. — Нашей целью было удалить излишки материала и посмотреть, вернется ли экспрессия генов в клетке к обычному уровню.
Первые тесты были проведены на выращенных в лаборатории стволовых клетках. После удаления лишней хромосомы учёные зафиксировали нормализацию экспрессии генов и продукции белков. Важно, что гены, связанные с развитием нервной системы, стали более активными, в то время как гены, связанные с метаболизмом, были подавлены, что соответствует более ранним исследованиям, предполагавшим, что трисомия 21 влияет на развитие мозга плода.
Влияние на здоровье клеток и возможные применения
Исследовательская группа расширила свои испытания за пределы стволовых клеток, отредактировав фибробласты кожи — зрелые нестволовые клетки, взятые у людей с синдромом Дауна. И в этих клетках лишняя хромосома была успешно удалена во многих случаях.
— Эти результаты особенно обнадёживают, — отметил Хасидзумэ. — Даже в дифференцированных клетках мы увидели коррекцию хромосомной аномалии, что открывает двери для применения в различных типах тканей.
После удаления лишней хромосомы исправленные клетки показали улучшение биологических функций: они росли быстрее и имели более короткое время удвоения. Также они вырабатывали меньше активных форм кислорода — вредных побочных продуктов, связанных с клеточным стрессом и старением, что говорит об улучшении работы митохондрий и общем состоянии клеток.
Однако процесс не лишён трудностей. В некоторых случаях CRISPR задел нормальные хромосомы, что вызывает опасения по поводу побочных эффектов. В ответ на это учёные совершенствуют направляющие молекулы, чтобы они связывались исключительно с лишней 21-й хромосомой.
— Точность критически важна, — подчеркнул Хасидзумэ. — Мы оптимизируем стратегию нацеливания и наблюдаем за поведением отредактированных клеток в реальных биологических системах.
Эксперты считают, что последствия этого открытия могут быть масштабными. Если метод докажет свою безопасность и надёжность, его можно будет применять в регенеративной медицине — например, при терапиях на основе стволовых клеток, в которых используются исправленные клетки для замены или восстановления повреждённых тканей у людей с синдромом Дауна.
Этические аспекты и взгляд в будущее
Хотя наука движется вперед, возможность генетического устранения синдрома Дауна поднимает глубокие этические вопросы.
В Исландии это состояние встречается реже, в связи с широким применением пренатального скрининга и решений об аборте. Эта тенденция вызвала международные дебаты.
— Когда мы начинаем слушать самих людей с синдромом Дауна… Они говорят, что это тревожно… И мы слышим то же самое от их семей, — рассказала ABC News Australia Астридур Стефансдоттир, доктор медицины и профессор прикладной этики из Университета Исландии.
Японская команда подчёркивает, что её цель — не устранение синдрома Дауна из общества, а стремление понять, как редактирование генома может помочь облегчить биологические проблемы, связанные с этим состоянием.
Синдром Дауна по-прежнему связан с широким спектром медицинских проблем. Почти у 50% новорождённых наблюдаются врождённые пороки. Также повышены риски для ЖКТ, работы щитовидной железы, иммунной системы и ранней болезни Альцгеймера.
Учёные считают, что лишняя 21-я хромосома увеличивает продукцию белка-предшественника амилоида, который приводит к образованию амилоидных бляшек в мозге — ключевого маркера болезни Альцгеймера. Это приводит к тому, что риск развития деменции у людей с синдромом Дауна в три-пять раз выше, чем у населения в целом.
Удаляя лишнюю хромосому, исследователи надеются снизить или отсрочить развитие сопутствующих заболеваний. Однако специалисты предупреждают, что до клинического применения ещё далеко.
— Эта технология пока не готова к использованию в больницах или в рамках стандартной медицинской практики, — сказал Хасидзумэ. — Но она устанавливает новую планку для возможностей CRISPR — не просто редактировать отдельные гены, а удалять целые хромосомы.
Публикация исследования в PNAS Nexus стала важным шагом в редактировании генома на уровне хромосом. В дальнейшем команда планирует проводить долгосрочное наблюдение за модифицированными клетками и изучать возможность адаптации метода для использования in vivo.
Оригинал материала на английском языке можно прочесть здесь.
