درمان بیماری سلول داسی شکل با فناوری ویرایش پایه آدنوزین

به گزارش واحد ژنتیک پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، ژن درمانی که ژن های هموگلوبین را تغییر می دهد ممکن است پاسخی برای درمان بیماری سلول داسی شکل (SCD) و بتا تالاسمی باشد. این دو کم خونی رایج تهدید کننده، میلیون ها نفر را در سراسر جهان مبتلا می کنند. دانشمندان در بیمارستان تحقیقاتی کودکان سنت جود و موسسه براد MIT و هاروارد از نسل بعدی فناوری ویرایش ژنوم، ویرایش پایه آدنوزین، برای شروع مجدد بیان هموگلوبین جنینی در سلول های بیمار SCD استفاده کردند. این رویکرد بیان هموگلوبین جنین را به سطوح بالاتر، پایدارتر و یکنواخت تر نسبت به سایر فناوری های ویرایش ژنوم که از هسته های CRISPR/Cas9 در سلول های بنیادی خونساز انسان استفاده می کنند، افزایش داد. SCD و بتا تالاسمی اختلالات خونی هستند که میلیون ها نفر را تحت تاثیر قرار می دهند. جهش در ژنی که نسخه بالغ مولکول حامل اکسیژن هموگلوبین را کد می کند باعث این اختلالات می شود. بازیابی بیان ژن یک زیرواحد هموگلوبین جایگزین فعال در یک جنین در حال رشد قبلاً در بیماران SCD و بتا تالاسمی مزایای درمانی نشان داده است. محققان می خواستند فناوری ژنومی را برای ویرایش ژن هموگلوبین جنین بیابند و بهینه کنند. یکی از تغییرات انجام شده توسط ویرایش پایه آدنوزین به ویژه برای بازگرداندن بیان هموگلوبین جنین در گلبول های قرمز خون پس از تولد بسیار قوی بود. محققان نشان دادند ویراستاران پایه به طور معنی داری سطح هموگلوبین جنین را افزایش می دهند. اکنون، تیم مهندسی ژنوم درمانی در حال حاضر سخت مشغول کار هستند و در حال بهینه سازی ویرایش پایه برای انتقال این فناوری به کلینیک هستند.

هموگلوبین کلید را در دست دارد

هموگلوبین بزرگسالان که عمدتاً پس از تولد بیان می شود، حاوی چهار زیرواحد پروتئینی است. دو بتا گلوبین و دو آلفا گلوبین. جهش در ژن بتاگلوبین باعث بیماری سلول داسی شکل و بتا تالاسمی می شود. اما انسان یک ژن زیر واحد هموگلوبین دیگر (گاما گلوبین) دارد که در طول رشد جنین به جای بتا گلوبین بیان می شود. گاماگلوبین با آلفاگلوبین ترکیب می شود و هموگلوبین جنینی را تشکیل می دهد. به طور معمول در هنگام تولد، بیان گاماگلوبین خاموش می شود و بتا گلوبین روشن می شود و از هموگلوبین جنینی به هموگلوبین بالغ تغییر می کند. فن آوری های ویرایش ژنوم می توانند جهش هایی را معرفی کنند که ژن گاماگلوبین را دوباره فعال می کند و در نتیجه تولید هموگلوبین جنینی را افزایش می دهد که می تواند به طور موثری جایگزین تولید معیوب هموگلوبین بزرگسالان شود.

محققان از یک ویرایشگر برای ایجاد یک محل اتصال فاکتور رونویسی TAL1 جدید استفاده کردند که باعث القای شدید هموگلوبین جنینی می شود. ایجاد یک سایت اتصال فاکتور رونویسی جدید نیاز به تغییر جفت پایه دقیق دارد، چیزی که نمی توان با استفاده از CRISPR-Cas9 بدون تولید محصولات جانبی ناخواسته و سایر پیامدهای بالقوه ناشی از شکست های دو رشته ای انجام داد. ژن گاماگلوبین [هموگلوبین جنینی] هدف خوبی برای ویرایش پایه است، زیرا جهش های بسیار دقیقی وجود دارد که می تواند بیان آن را دوباره فعال کند تا بیان پس از تولد را القا کند، که ممکن است یک درمان قدرتمند ارائه کند. بنابراین، دانشمندان می خواهند بیان هموگلوبین جنینی را بازیابی کنند، زیرا این روش درمانی جهانی تر برای اختلالات عمده هموگلوبین است تا اصلاح جهش SCD یا صدها جهش که باعث بتا تالاسمی می شوند. افزایش بیان هموگلوبین جنینی این پتانسیل را دارد که از نظر درمانی برای اکثر بیماران مبتلا به SCD یا تالاسمی بتا، صرف نظر از جهش های ایجاد کننده آنها، سودمند باشد. محققان قبلاً اثبات اصل را با رویکردهای ویرایش ژنوم چندگانه نشان داده اند، اما این مطالعه اولین مطالعه ای است که به طور سیستماتیک کارایی این استراتژی های مختلف را مقایسه می کند. این مطالعه نشان داد که با استفاده از ویرایش پایه در قوی ترین مکان در پروموتر گاما گلوبین، سطوح HbF دو تا چهار برابر بیشتر از ویرایش Cas9 به دست آمد. آنها همچنین نشان دادند که این ویرایش های پایه را می توان در پیوند سلول های بنیادی خون از اهداکنندگان سالم و بیماران SCD با قرار دادن آنها در موش های دارای نقص ایمنی حفظ کرد.

رسیدگی به نگرانی های ایمنی

در نهایت، ما نشان داده شد که همه رویکردهای ژنتیکی برابر نیستند. ویراستاران پایه ممکن است بتوانند ویرایش های قوی تر و دقیق تری نسبت به سایر فناوری ها ایجاد کنند. اما باید تست ایمنی و بهینه سازی بیشتری انجام داد. در مقایسه با ایمنی، ویرایش پایه باعث بروز رویدادهای ژنوتوکسیک کمتری مانند فعال سازی p53 و حذف های بزرگ شد. ویرایش پایه در ویرایش ها و محصولات خود بسیار سازگارتر بود. یک ویژگی ایمنی بسیار مطلوب برای درمان بالینی. برخلاف Cas9 معمولی که مخلوط های کنترل نشده ای از جهش های درج و حذف به نام «ایندل» تولید می کند، ویرایش پایه تغییرات نوکلئوتیدی دقیقی را با محصولات جانبی ناخواسته کمی ایجاد می کند. در مقایسه خود، مشکلات پیش بینی نشده ای را در مورد هسته های Cas9 معمولی پیدا شد. هر درج یا حذف Cas9 باعث افزایش هموگلوبین جنین به همان میزان نمی شود که نشان دهنده پتانسیل پیامدهای بیولوژیکی ناهمگن با آن فناوری است. این گروه دریافتند که گلبول های قرمز منفرد مشتق شده از سلول های بنیادی خون ساز که با همان Cas9 تیمار شده اند، در مقایسه با سلول هایی که با ویرایش پایه درمان شده اند، مقدار متغیرتری هموگلوبین جنینی تولید می کنند. بنابراین، ویرایش پایه نتایج قوی تر، قابل اعتمادتر و منسجم تری ایجاد کرد که خواص درمانی مطلوبی هستند.

اگرچه ویرایش پایه به خوبی انجام شد، اما محققان هنوز ایمنی آن را در بیماران تعیین نکرده اند. قابل ذکر است، ویرایش پایه ممکن است خطراتی داشته باشد که توسط Cas9 ارائه نشده است. به عنوان مثال، برخی از ویرایشگرهای پایه اولیه می توانند تغییرات نامطلوب در DNA یا RNA ژنومی در مکان های خارج از هدف ایجاد کنند. این گروه نشان داد که این تغییرات نسبتاً کوچک هستند و پیش بینی نمی شود که مضر باشند، اما مطالعات عمیق تر برای ارزیابی کامل این خطرات ضروری است. در طول این مطالعه، دانشمندان به طور مستقیم عملکرد نوکلئازهای Cas9 را در دو مکان هدف مختلف که تولید هموگلوبین جنین را به روش های مختلف و ویرایش پایه القا می کنند، مقایسه کردند. ویرایش پایه از یک مکانیسم ویرایش مجزا استفاده می کند که مستقیماً یک جفت باز DNA را به دیگری تبدیل می کند، نه اینکه مارپیچ دوگانه DNA را به دو قسمت برش دهد. رویکردهای نوکلئاز Cas9 مخلوطی از حذف ها و درج ها را ایجاد می کند که بیان یا فعالیت BCL11A، یک سرکوب کننده ژن گاماگلوبین شناخته شده را مختل می کند. در مقابل، ویرایش پایه یک موتیف اتصال فاکتور رونویسی جدید را در پروموتر گاما گلوبین ایجاد می کند. رویکردهای نوکلئاز Cas9 و رویکرد ویرایش پایه متفاوت از طریق آزمایش های بالینی در حال آزمایش هستند.