Διόρθωση γονιδίου που προκαλεί δρεπανοκυτταρική νόσο

Περίληψη

• Οι ερευνητές αντιμετώπισαν τη δρεπανοκυτταρική νόσο σε ποντίκια με άμεση επεξεργασία του ελαττωματικού γονιδίου αιμοσφαιρίνης που προκαλεί αυτήν την ασθένεια.
• Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε μια εφάπαξ θεραπεία για δρεπανοκυτταρική νόσο με λιγότερες παρενέργειες από άλλες αναπτυξιακές μεθόδους θεραπείας.

Η ασθένεια των δρεπανοκυττάρων (SCD) είναι μια γενετική διαταραχή που προκαλείται από μια μετάλλαξη και στα δύο αντίγραφα του γονιδίου HBB ενός ατόμου. Αυτό το γονίδιο κωδικοποιεί ένα συστατικό της αιμοσφαιρίνης, που είναι η πρωτεΐνη που μεταφέρει το οξυγόνο στα ερυθρά αιμοσφαίρια. Η μετάλλαξη αναγκάζει τα μόρια αιμοσφαιρίνης να κολλήσουν μεταξύ τους, δημιουργώντας δρεπανοειδή ερυθρά αιμοσφαίρια. Αυτή η διαδικασία μπορεί να οδηγήσει σε ρήξη των κυττάρων του αίματος, αναιμία, επαναλαμβανόμενο πόνο, ανοσοανεπάρκεια, βλάβη οργάνων και πρόωρο θάνατο. Οι μεταμοσχεύσεις μυελού των οστών μπορούν να θεραπεύσουν το SCD, αλλά είναι δύσκολο να βρεθούν κατάλληλοι δότες. Η διαδικασία μεταμόσχευσης ενέχει επίσης κινδύνους επικίνδυνων παρενεργειών.

Πολλές νέες μέθοδοι θεραπείας για δρεπανοκυτταρική νόσο βρίσκονται υπό ανάπτυξη. Αυτές οι μέθοδοι περιλαμβάνουν γονιδιακή επεξεργασία των κυττάρων του μυελού των οστών του ίδιου του ασθενούς για την παραγωγή αιμοσφαιρίνης φυσιολογικής λειτουργίας. Αυτές οι μέθοδοι θεραπείας αποφεύγουν τους κινδύνους που σχετίζονται με μεταμοσχεύσεις μυελού των οστών. Αλλά αυτές οι μέθοδοι ενέχουν επίσης δικούς τους κινδύνους, επειδή περιλαμβάνουν την εισαγωγή νέου DNA και τη διάσπαση των υφιστάμενων κλώνων DNA.

Μια ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τον Δρ. David Liu στο Broad Institute και τον Dr. Mitchell Weiss και τον Dr. Jonathan Yen στο Παιδικό Νοσοκομείο St. Jude στις ΗΠΑ, ανέπτυξε μια μέθοδο που αποφεύγει μερικούς από τους κινδύνους άλλων προσεγγίσεων γονιδιακής επεξεργασίας. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί μια μοριακή τεχνική που ονομάζεται βασική επεξεργασία, η οποία αλλάζει ένα μόνο γράμμα του γονιδιώματος χωρίς να κόψει κανένα DNA.

Σε δρεπανοκυτταρική νόσο, το Τ αντικαθιστά το Α σε θέση κλειδί στο γονίδιο HBB. Ενώ η επεξεργασία βάσης δεν μπορεί να αντιστρέψει αυτήν την αλλαγή, μπορεί να μετατρέψει το T σε C αντί αυτού. Αυτή η δράση παράγει μια φυσική, μη παθογόνο παραλλαγή της αιμοσφαιρίνης που ονομάζεται Hb-Makassar. Οι ερευνητές σχεδίασαν ένα μοριακό εργαλείο που ονομάζεται επεξεργαστής βάσης αδενίνης, το οποίο αναγνωρίζει το μεταλλαγμένο μέρος του γονιδίου και μετατρέπει το Τ σε C.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον επεξεργαστή βάσης αδενίνης σε βλαστικά κύτταρα που σχηματίζουν αίμα από ανθρώπους με SCD. Έως και το 80% των κυττάρων είχε μετατρέψει το γονίδιο αιμοσφαιρίνης δρεπανοκυττάρων στην παραλλαγή Makassar. Για δοκιμές, η ομάδα μεταμόσχευσε τα επεξεργασμένα ανθρώπινα κύτταρα σε ένα μοντέλο ποντικού SCD. Στις 16 εβδομάδες μετά τη μεταμόσχευση, το 68% των βλαστικών κυττάρων που προέρχονται από τον δότη είχαν τροποποιήσει τα γονίδια HBB στο Hb-Makassar. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια που προέρχονται από αυτά τα βλαστικά κύτταρα είχαν μειώσει σημαντικά το δρεπάνι.

Επειδή τα ανθρώπινα ερυθρά αιμοσφαίρια δεν μπορούν να επιβιώσουν σε ποντίκια για μεγάλο χρονικό διάστημα για εκτενείς δοκιμές, η ομάδα στη συνέχεια πήρε βλαστικά κύτταρα από ένα μοντέλο SCD ποντικού, τα επεξεργάστηκε και μεταμόσχευσε τα επεξεργασμένα κύτταρα σε ένα άλλο σύνολο ποντικών. Μετά από 16 εβδομάδες, η παραλλαγή Makassar αποτελούσε σχεδόν το 80% της αιμοσφαιρίνης στα ποντίκια δέκτη. Τα ποντίκια μάρτυρες που έλαβαν μη επεξεργασμένα κύτταρα είχαν χαρακτηριστικά συμπτώματα SCD: αναιμία, μη φυσιολογικό αριθμό κυττάρων αίματος, δρεπανοειδή ερυθρά αιμοσφαίρια και διευρυμένη σπλήνα. Τα ποντίκια που έλαβαν τα επεξεργασμένα βλαστικά κύτταρα είχαν πολύ βελτιωμένα συμπτώματα.

Οι ερευνητές πήραν το μυελό των οστών από τα ποντίκια που είχαν λάβει τα επεξεργασμένα βλαστικά κύτταρα και το μεταμόσχευσαν σε ένα νέο σύνολο ποντικών. Οι νέοι παραλήπτες είχαν υγιή αριθμό κυττάρων αίματος, επιβεβαιώνοντας την ανθεκτικότητα της γονιδιακής επεξεργασίας. Οι ερευνητές διαπίστωσαν περαιτέρω ότι η επεξεργασία τουλάχιστον 20% των αντιγράφων γονιδίων SCD ήταν αρκετή για τη διατήρηση υγιών μέτρων αίματος. Δεν ανίχνευσαν παρενέργειες στα ποντίκια από τη διαδικασία επεξεργασίας γονιδίων.

«Η προσέγγιση προσφέρει υπόσχεση ως βάση μιας εφάπαξ θεραπείας, ή ίσως ακόμη και μιας εφάπαξ θεραπείας, για δρεπανοκυτταρική νόσο», λέει ο Liu.

Η ομάδα εργάζεται τώρα για να αναπτύξει περαιτέρω την ιδέα, με τον τελικό στόχο να προσεγγίσει ασθενείς.