توسعه روش های جدید برای اصلاح جهش ژنتیکی

ژن درمانی (gene therapy) که شامل اضافه کردن ژن های اضافی به سلول ها است، نخستین بار در سال 1990 برای درمان مورد استفاده قرار گرفت، اما این روش عمدتا برای درمان اختلالات ژنتیکی نادر مفید است. در مقابل، روش ویرایش ژن (gene-editing) شامل ایجاد تغییر در ژن های موجود درون سلول ها است که می تواند در درمان طیف گسترده تری از بیماری ها، از عفونت اچ آی وی تا کلسترول خون بالا، مورد استفاده قرار  بگیرد.

نخستین آزمایش ویرایش ژن در انسان سال 2009 آغاز شد. پیشرفت های بعدی در زمینه ویرایش ژن کند بودند، زیرا توسعه یک روش برای هدف قرار دادن هر توالی خاص، بسیار پرهزینه و زمان بر بود.

ویرایش ژن کریسپر

در سال 2012 شرایط با توسعه روش ویرایش ژن کریسپر تغییر کرد. تناوب‌ های کوتاه پالیندروم فاصله‌ دار منظم خوشه‌ ای به اختصار کریسپر (CRISPER) گفته می شود. این روش انقلابی ویرایش ژن، نسبتا ارزان بوده و هدف قرار دادن اغلب توالی ها را امکانپذیر می کند.  

از زمان توسعه روش کریسپر، تلاش های زیادی برای ایجاد تغییرات همه جانبه و کارآمدتر کردن این ابزار قدرتمند ویرایش ژن توسط دانشمندان صورت گرفته است.

دو مطالعه اخیر در حوزه کریسپر

در دو مطالعه ای که به تازگی در مجلات ساینس و نیچر منتشر شده اند، توسعه روش ویرایش ژن کریسپر تشریح شده است: مطالعه اول، استراتژی ویرایش DNA را توسعه می دهد و مطالعه دوم، زمینه جدیدی را از طریق ویرایش پایه مولکولی RNA ایجاد می کند. هر دو مطالعه، راه های جدیدی را به سمت تحقیقات ژنتیکی و حتی درمان بیماری ها می گشایند.

دیوید لیو (David Liu) شیمیدان دانشگاه هاروارد، پیشگام در زمینه ویرایش پایه DNA و یکی از نویسندگان مقاله اخیر در مجله نیچر تأکید کرد: نباید روش های ویرایش پایه را بهتر از کریسپر بدانیم – این روش ها فقط با هم تفاوت دارند؛ مثل این است که بپرسیم کدام بهتر است، یک قایق یا یک خودرو؟

مطالعه اول، استراتژی ویرایش DNA را توسعه می دهد و مطالعه دوم، زمینه جدیدی را از طریق ویرایش پایه مولکولی RNA ایجاد می کند

کریسپر که از یک سیستم ایمنی باکتریایی اولیه اقتباس شده است، دستکاری خود را از طریق برش دو رشته DNA در سایت هدف در یک ژنوم آغاز می کند.

برعکس، ویرایش پایه (base editing) اقدام به برش مارپیچ دوگانه DNA نمی کند؛ در عوض، از آنزیم هایی برای بازآرایی و تنظیم مجدد برخی از اتم ها در یکی از 4 پایه تشکیل دهنده DNA یا RNA استفاده کرده و پایه را بدون دستکاری پایه های اطراف، به پایه متفاوتی تبدیل می کند. این توانایی تاحد زیادی، گزینه ها برای تغییر مواد ژنتیکی را افزایش می دهد.

بسیاری از بیماری های انسان ناشی از جهش یک پایه است. روش کریسپر در اصلاح موثر و صحیح این جهش های نقطه ای (point mutations) دچار مشکل است؛ اما روش ویرایش پایه، رویکرد موثرتری در این زمینه فراهم می کند.

پس از گزارش اولیه دیوید لیو، گروهی از پزشکان در چین از روش ویرایش پایه DNA برای اصلاح یک جهش بیماری زا در جنین انسان استفاده کردند.

(تصویر: SCIENCE)

روش کریسپر متداول، از RNA راهنما (gRNA) به همراه یک آنزیم موسوم به نوکلئاز – Cas9 – استفاده می کند که هر دو باهم به یک رشته خاص پایه DNA متصل می شوند؛ سپس نوکلئاز اقدام به برش ارپیچ دوگانه می کند. مکانیسم تعمیر سلولی تلاش می کند تا انتهای بریده شده DNA را مجددا به هم متصل کند؛ اما گاهی اوقات، پایه های الحاق یا حذف شده می تواند یک ژن هدفمند را از بین ببرد.

فنگ ژانگ (Feng Zhang) از موسسه Broad در کمبریج تأکید کرد: ویرایش ژن بر پایه نوکلئاز در غیرفعال کردن ژن ها بسیار مفید است. روش کریسپر فعلی در ایجاد تغییرات دقیق، کارآیی کمتری دارد.

برای اصلاح جهش نقطه ای، سیستم CRISPR-Cas9 باید به رشته ای از DNA اهدایی که دارای پایه درست بوده و متکی به مکانیسم سلولی دومی موسوم به homology-directed repair است، معرفی شود. اما مکانیسم HDR تا قبل از تقسیم سلولی، عملکرد ضعیفی دارد و این بدان معناست که این استراتژی در مغز و سلول های عضلانی که اقدام به خودتکثیری نمی کنند، کارآیی ندارد.

تیم تحقیقاتی ژانگ، سیستم ویرایش پایه RNA را از طریق آمیختن gRNA با یک نوکلئاز مرده متفاوت – dCas13 – و یک آنزیم طبیعی که A را به I در RNA تبدیل می کند، ایجاد کردند.

از آنجاکه RNA، حامل پیام های ژنتیکی از DNA به کارخانه های پروتئین سازی سلول است، یا می تواند به طور مستقیم اعمالی از جمله تنظیم ژن را انجام دهد، درنتیجه یک هدف جذاب برای درمان است. تیم تحقیقاتی عنوان می کند که این روش برای شرایط گذرا مانند التهاب موضعی می تواند موثر باشد.

دیوید لیو و فنگ ژانگ تأکید می کنند که ورود درمان های ویرایش پایه به مرحله آزمایش بالینی، سال ها به طول می انجامد و هنوز مشخص نیست که آیا این استراتژی نسبت به روش های ژن درمانی موجود، از مزیت ویژه ای برخوردار است یا خیر.

با این حال، اکنون مشخص است که جایگزین قدرتمندی برای روش کریسپر متداول، وارد عرصه رقابت شده است.

 

 

مترجم: معصومه سوهانی

منبع: sciencemag

No tags for this post.