В недавнем онлайн-отчете о работе в области молекулярной терапии команда Джона Хопкинса говорит, что результаты могут упростить и ускорить усилия по модификации и адаптации индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) для использования в качестве лечения или при разработке модельных систем для изучения. болезни и тестовые препараты.
«Технологии стволовых клеток быстро развиваются, и мы думаем, что дни, когда мы сможем использовать ИПСК для терапии человека, не так уж и далеко», — говорит Чжаохуй Е, доктор философии.D., преподаватель медицины в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса. "Это одно из первых исследований, в котором подробно описано использование CRISPR в ИПСК человека, и продемонстрирован его потенциал в этих клетках."
CRISPR возник из микробной иммунной системы, которая содержит сегменты ДНК, известные как сгруппированные с регулярными интервалами короткие палиндромные повторы. Разработанная система редактирования использует фермент, который соединяет ДНК с кусочком небольшой РНК, которая направляет инструмент туда, где исследователи хотят внести разрезы или другие изменения в геном.
Предыдущие исследования показали, что CRISPR может генерировать геномные изменения или мутации посредством этих вмешательств гораздо более эффективно, чем другие методы редактирования генов, такие как TALEN, сокращение от эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции.
Несмотря на преимущества CRISPR, недавнее исследование показало, что он также может вызывать большое количество «нецелевых» эффектов в линиях раковых клеток человека, в частности модификацию генов, которые исследователи не собирались изменять.
Чтобы увидеть, имеет ли место этот нежелательный эффект в других типах клеток человека, Ye; Линьчжао Чэн, Ph.D., профессор медицины и онкологии медицинского факультета Университета Джона Хопкинса; и их коллеги противопоставили CRISPR и TALEN в человеческих ИПСК, взрослых клетках, перепрограммированных, чтобы действовать как эмбриональные стволовые клетки. ИПСК человека уже показали огромные перспективы в лечении и изучении болезней.
Исследователи сравнили способность обеих систем редактирования генома либо вырезать части известных генов в ИПСК, либо вырезать часть этих генов и заменять ее другим.
В качестве модельных генов исследователи использовали JAK2, ген, который при мутации вызывает заболевание костного мозга, известное как истинная полицитемия; SERPINA1, ген, который при мутации вызывает дефицит альфа1-антитрипсина, наследственное заболевание, которое может вызывать заболевание легких и печени; и AAVS1, ген, который недавно был обнаружен как «безопасная гавань» в геноме человека для встраивания чужеродных генов.
Их сравнение показало, что при простом вырезании частей генов система CRISPR была значительно более эффективной, чем TALEN, во всех трех генных системах, вызывая в 100 раз больше сокращений. Однако при использовании этих инструментов редактирования генома для замены частей генов, таких как вызывающие заболевание мутации в генах JAK2 и SERPINA1, CRISPR и TALEN показали примерно такую же эффективность в ИПСК, полученных от пациентов, сообщают исследователи.
В отличие от результатов исследования линии раковых клеток человека, CRISPR и TALEN обладали одинаковой специфичностью нацеливания на ИПСК человека, поражая только те гены, на которые они были созданы, — говорит команда.
Исследователи также обнаружили, что система CRISPR имеет преимущество перед TALEN: она может быть разработана для нацеливания только на ген, содержащий мутации, не затрагивая здоровый ген у пациентов, у которых затрагивается только одна копия гена.
Результаты вместе с соответствующим исследованием, которое было опубликовано ранее в ведущем журнале исследований стволовых клеток (Cell Stem Cell), дают уверенность в том, что CRISPR станет полезным инструментом для редактирования генов ИПСК человека с небольшим риском побочных эффектов. , говорят Е и Ченг.
«Редактирование генома с помощью CRISPR открывает двери для многих генетических приложений в биологически значимых клетках, которые могут привести к лучшему пониманию и потенциальным лекарствам от болезней человека», — говорит Ченг.