Биологи разработали эффективный метод генетической модификации эмбриональных стволовых клеток человека

Биологи создали эффективный метод генетической модификации человеческих эмбриональных стволовых клеток. Их подход, использующий бактериальные искусственные хромосомы (BACs) для замены генов на дефектные копии, позволит быстро разрабатывать линии стволовых клеток. Эти линии смогут служить моделями для изучения генетических заболеваний человека и платформами для скрининга потенциальных методов лечения.

Новый метод

Большинство попыток изменить генетический состав клеток оказались неэффективными. Группа под руководством Янга Сю из Калифорнийского университета в Сан-Диего использовала бактериальные искусственные хромосомы (BACs) для повышения эффективности.

BACs — это синтезированные кольца человеческой ДНК, которые бактерии реплицируют как свои собственные хромосомы. Коммерчески доступные BACs можно модифицировать внутри бактериальных клеток, чтобы вставить изменённые копии специфических генов. Попадая в человеческие клетки, модифицированные BACs иногда спариваются с соответствующим участком человеческой хромосомы и обмениваются сегментами ДНК (гомологичная рекомбинация).

Преимущество использования BACs заключается в длинных фланкирующих последовательностях по обе стороны от модифицированного гена, что увеличивает шансы на правильное выравнивание и обмен. Используя BACs, команда смогла заменить гены в 20% обработанных клеток. Стандартные методы генетической модификации обычно достигают успеха менее чем в 1% клеток.

Результаты

Исследователи успешно перенесли дефектную копию гена p53 (подавляющего опухоли) в линию человеческих эмбриональных стволовых клеток. Повторив процесс, они создали линию клеток, в которой были нарушены обе копии гена.

Они также добились успеха с геном ATM, мутации которого у людей вызывают атаксию-телеангиэктазию. Это заболевание характеризуется множеством системных дефектов, включая повышенный риск рака, дегенерацию определённых типов клеток мозга и укорочение теломер.

Генетически модифицированные мыши с двумя дефектными копиями гена ATM имеют лишь часть этих признаков. Например, у них не дегенерируют нейроны, а теломеры длинные. «Если вы хотите изучить ускоренное укорочение теломер, вы не можете сделать это на мышах. Это можно сделать только на человеческих клетках», — пояснил Сю.

Перспективы

Уже продемонстрировано, что созданная линия эмбриональных стволовых клеток с дефицитом ATM имеет повреждённые теломеры. Изучение других характеристик, таких как дегенерация нейронов, станет предметом будущих экспериментов.

Метод можно легко адаптировать для модификации других генов в различных линиях стволовых клеток. Помимо легко культивируемой линии, метод успешно опробован на линии H9, которая традиционно считается трудной для манипуляций. Поскольку H9 была одной из немногих линий, одобренных для использования исследователями, финансируемыми правительством США, способность её генетически модифицировать представляет особую ценность.