Впервые ученые скорректировали болезнь вызывающую мутацию у эмбрионов человека на ранней стадии с помощью редактирования генов. Техника, использующая CRISPR-Cas9 систему, скорректировала мутацию, вызывающую болезнь сердца на самой ранней стадии эмбрионального развития, так что дефект не будет передаваться будущим поколениям.

Работа, описанная в Nature on August 2, 2017, осуществлена в сотрудничестве между Salk Institute, Oregon Health и Science University (OHSU) и Korea's Institute for Basic Science и может подготовить почву для улучшения исхода от оплодотворения in vitro (IVF), а также для лечения некоторых из тысяч болезней, вызываемых мутациями в одиночных генах.

"Благодаря успехам в технологии стволовых клеток и редактирования генов, мы в конечном итоге начнем управлять болезнь-вызывающими мутациями, которые затрагивают миллионы людей," говорит Juan Carlos Izpisua Belmonte. "Редактирование генов всё ещё находится во младенчестве, так что даже эти предварительные усилия, как было показано надежные и эффективные и это оказалось важным, что мы продолжаем действовать с предельной осторожностью, с наивысшей внимательностью к этическим проблемам."

Посредством инструментов генного редактирования осуществляется мощь потенциального лечения ряда болезней, ученые с осторожностью осуществляют чтобы избежать случайного внесения нежелательных мутаций в зародышевую линию (клетки, становящиеся яйцеклетками или спермиями). Izpisua Belmonte является однозначно высоко квалифицированным, чтобы говорить об этике редактирования генома частично потому, что как член комитете по редактированию генов у человека National Academies of Sciences, Engineering and Medicine, в 2016 помог разработать дорожную карту "Human Genome Editing: Science, Ethics, and Governance." Исследователи в данной работе полностью в соответствии с рекомендациями, представленными в данном документе, а также строго придерживаясь нормативов, установленных OHSU's Institutional Review Board и дополнительно Специального комитета, отвечающего за научный и этический надзор.

Гипертрофическая кардиомиопатия (HCM) является наиболее распространенной причиной внезапной гибели у в общем-то здоровых молодых атлетов и встречается приблизительно у 1 на 500 человек в целом. Она вызывается доминантной мутацией в гене MYBPC3, но часто остается необнаружимой вплоть до того момента, когда становится уже слишком поздно. Поскольку люди с мутантной копией гена MYBPC3 имеют 50% шанс передавать его своим собственным детям, существует возможность скорректировать мутацию у эмбрионов, чтобы предупредить болезнь не только у затронутого ребёнка, но и также у его потомства.

Исследователи сгенерировали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из кожного биоптата, полученного от мальчика с HCM и разработали стратегию редактирования гена на базе технологии CRISPR-Cas9, которая специфически нацелена на мутантную копию гена MYBPC3, чтобы его репарировать. Мутантный MYBPC3 ген целенаправлено разрезается с помощью Cas9 энзима, предоставляя действовать в донорской клетке её собственные механизмы репарации ДНК, чтобы фиксировать мутацию во время следующего раунда клеточного деления, используя или синтетическую последовательность ДНК или не мутантную копию гена MYBPC3 в качестве матрицы.

Используя технику IVF, исследователи инъецировали наилучшим способом приготовленные компоненты для редактирования гена в здоровую донорскую яйцеклетку, оплодотворенную донорским спермием. Затем они анализировали все клетки ранних эмбрионов используя подход, разрешающий исследование одиночной клетки, чтобы посмотреть насколько эффективно репарируется мутация.

Ученые были удивлены, насколько надежным и эффективным оказался метод. Был получен не только высокий процент репарированных эмбриональных клеток, но и также исправление гена не вызывало индукцию каких-либо обнаружимых мутаций вне мишени и геномную нестабильность -- основная проблема, связанная с редактированием генов. Кроме того, исследователи разработали мощную стратегию, чтобы гарантировать, что репарация будет происходить во всех клетках эмбриона. (Точечная репарация может приводить к тому, что некоторые клетки будут нести мутацию.)

"Хотя доля успеха в клетках пациентов, культивируемых в чашках, была низка, мы наблюдали, что коррекция гена, по-видимому, очень мощная у эмбрионов, у которых одна копия гена MYBPC3 была мутантной," говорит Jun Wu, из штата ученых Salk и один из первых авторов работы. Это частично обусловлено тем, что после CRISPR-Cas9 обусловленного ферментативного разрезания мутантной копии гена, эмбрион инициирует свою собственную репарацию. Вместо использования предусмотренной синтетической ДНК матрицы, коллектив установил неожиданно, что эмбрион предпочитает использовать доступную здоровую копию гена, чтобы репарировать мутантную часть. "Наша технология успешно репарировала мутацию гена, вызывающего болезнь, путем использования преимуществ реакции репарации ДНК, уникальной для ранних эмбрионов" говорит Wu.

Izpisua Belmonte и Wu подчеркивают, что хотя и обнадеживающие, но это очень предварительные результаты и необходимы ещё многие исследования, чтобы гарантировать отсутствие нежелательных эффектов.

"Наши результаты демонстрируют огромный потенциал эмбрионального редактирования генов, но но мы должны продолжать реально оценивать риски, а также успехи," добавляет Izpisua Belmonte.

Будущие работы продолжат оценивать надежность и эффективность процедуры и эффективность техники на др. мутациях.