Utrwalanie genu, który powoduje niedokrwistość sierpowatokrwinkową

streszczenie

• Naukowcy leczyli anemię sierpowatą u myszy, bezpośrednio edytując wadliwy gen hemoglobiny, który powoduje tę chorobę.
• Odkrycia te mogą prowadzić do jednorazowego leczenia niedokrwistości sierpowatokrwinkowej z mniejszą liczbą skutków ubocznych niż inne opracowywane metody leczenia.

Choroba sierpowatokrwinkowa (SCD) to zaburzenie genetyczne spowodowane mutacją w obu kopiach genu HBB danej osoby. Gen ten koduje składnik hemoglobiny, która jest białkiem przenoszącym tlen w czerwonych krwinkach. Mutacja powoduje, że cząsteczki hemoglobiny sklejają się, tworząc czerwone krwinki w kształcie sierpa. Proces ten może prowadzić do pęknięcia krwinek, anemii, nawracającego bólu, niedoboru odporności, uszkodzenia narządów i przedwczesnej śmierci. Przeszczepy szpiku kostnego mogą wyleczyć SCD, ale trudno jest znaleźć odpowiednich dawców. Procedura przeszczepu niesie również ryzyko niebezpiecznych skutków ubocznych.

Obecnie opracowywanych jest kilka nowych metod leczenia anemii sierpowatej. Metody te obejmują edycję genów własnych komórek szpiku kostnego pacjenta w celu wytworzenia normalnie funkcjonującej hemoglobiny. Te metody leczenia pozwalają uniknąć zagrożeń związanych z przeszczepami szpiku kostnego. Jednak metody te niosą ze sobą również własne ryzyko, ponieważ wiążą się z wprowadzaniem nowego DNA i cięciem istniejących nici DNA.

Zespół naukowców, kierowany przez dr Davida Liu z Broad Institute oraz dr Mitchella Weissa i dr Jonathana Yena ze Szpitala Dziecięcego St. Jude w USA, opracował metodę, która pozwala uniknąć niektórych zagrożeń związanych z innymi metodami edycji genów. Ta metoda wykorzystuje technikę molekularną zwaną edycją zasad, która zmienia pojedynczą literę genomu bez cięcia DNA.

W niedokrwistości sierpowatej T zastępuje A w kluczowym miejscu genu HBB. Podczas gdy edycja podstawowa nie może cofnąć tej zmiany, może zamiast tego przekonwertować T na C. W wyniku tego działania powstaje naturalnie występujący, niepatogenny wariant hemoglobiny zwany Hb-Makassar. Naukowcy zaprojektowali narzędzie molekularne zwane edytorem zasad adeninowych, które rozpoznaje zmutowaną część genu i przekształca T w C.

Naukowcy wykorzystali edytor bazy adeninowej na krwiotwórczych komórkach macierzystych od pacjentów z SCD. Do 80% komórek miało gen hemoglobiny sierpowatej przekształcony w wariant Makassar. W celu przetestowania zespół przeszczepił zmodyfikowane ludzkie komórki do mysiego modelu SCD. W 16 tygodniu po przeszczepie 68% komórek macierzystych pochodzących od dawcy miało geny HBB zredagowane do Hb-Makassar. Czerwone krwinki pochodzące z tych komórek macierzystych znacznie zmniejszyły sierpowatość.

Ponieważ ludzkie krwinki czerwone nie są w stanie przetrwać u myszy wystarczająco długo, aby przeprowadzić szeroko zakrojone testy, zespół następnie pobrał komórki macierzyste z mysiego modelu SCD, zmodyfikował je i przeszczepił zmodyfikowane komórki innej grupie myszy. Po 16 tygodniach wariant Makassar stanowił prawie 80% hemoglobiny u myszy biorców. Myszy kontrolne, które otrzymały niezmodyfikowane komórki, miały charakterystyczne objawy SCD: anemię, nieprawidłową liczbę krwinek, czerwone krwinki w kształcie sierpa i powiększoną śledzionę. Myszy, którym podano zmodyfikowane komórki macierzyste, znacznie złagodziły objawy.

Naukowcy pobrali szpik kostny od myszy, które otrzymały zmodyfikowane komórki macierzyste i przeszczepili go nowej grupie myszy. Nowi biorcy mieli zdrową liczbę krwinek, co potwierdza trwałość edycji genów. Naukowcy dalej ustalili, że edycja co najmniej 20% kopii genu SCD wystarczyła do utrzymania zdrowych pomiarów krwi. Nie wykryli żadnych skutków ubocznych u myszy z procesu edycji genów.

„Podejście to obiecuje jako podstawę jednorazowego leczenia, a może nawet jednorazowego wyleczenia anemii sierpowatej”, mówi Liu.

Zespół pracuje obecnie nad dalszym rozwojem tej koncepcji, z ostatecznym celem dotarcia do pacjentów.