Исследование выявляет ограничения в оценке технологии редактирования генов в человеческих эмбрионах

Новое исследование под руководством ученых из Орегонского университета здоровья и науки (OHSU) показало, что широко используемый научный метод анализа крошечного количества ДНК в ранних человеческих эмбрионах не может точно отразить произведенные редактирования генов.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, включало секвенирование геномов ранних человеческих эмбрионов, подвергнутых редактированию генома с помощью инструмента CRISPR. Работа ставит под сомнение точность процедуры чтения ДНК, которая основана на амплификации небольшого количества ДНК для целей генетического тестирования.

Кроме того, исследование показывает, что редактирование генов для коррекции вызывающих болезни мутаций в ранних человеческих эмбрионах также может приводить к непреднамеренным и потенциально вредным изменениям в геноме.

Вместе эти выводы формируют новую научную основу для осторожности любому ученому, который может быть готов использовать генетически отредактированные эмбрионы для установления беременности. Хотя технологии редактирования генов обещают предотвращение и лечение изнурительных наследственных заболеваний, новое исследование выявляет ограничения, которые необходимо преодолеть, прежде чем редактирование генов для установления беременности можно будет считать безопасным или эффективным.

Ошибочная диагностика эмбрионов

Перед переносом отредактированного эмбриона для установления беременности важно убедиться, что процедура сработала как задумано.

Поскольку ранние человеческие эмбрионы состоят всего из нескольких клеток, невозможно собрать достаточно генетического материала для их эффективного анализа. Вместо этого ученые интерпретируют данные из небольшого образца ДНК, взятого из нескольких или даже одной клетки, который затем необходимо размножить миллионы раз в процессе, известном как полногеномная амплификация.

Тот же процесс — известный как преимплантационное генетическое тестирование (PGT) — часто используется для скрининга человеческих эмбрионов на различные генетические состояния у пациентов, проходящих экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО).

Полногеномная амплификация имеет ограничения, снижающие точность генетического тестирования. Это вызывает опасения, что мы можем ошибочно диагностировать эмбрионы.

Чтобы преодолеть эти проблемы, исследователи OHSU вместе с коллабораторами из Южной Кореи и Китая создали линии эмбриональных стволовых клеток из отредактированных эмбрионов. Эмбриональные стволовые клетки растут неограниченно и предоставляют обильный материал ДНК, не требующий полногеномной амплификации для анализа.

Исследование подтверждает механизм репарации генов

Используя эмбриональные стволовые клетки, новое исследование подтверждает процесс репарации генов, разработанный лабораторией Миталипова и опубликованный в журнале Nature в 2017 году.

В том исследовании ученые делали разрез в определенной целевой последовательности мутантного гена, известного как переносимого донором спермы. Было обнаружено, что человеческие эмбрионы репарируют эти разрывы, используя нормальную копию гена от другого родителя в качестве шаблона. Этот процесс, известный как генная конверсия, регулярно происходит в ранних человеческих эмбрионах после двунитевого разрыва их ДНК.

В новой публикации исследователи нацеливались на другие дискретные мутации с использованием донорских сперматозоидов и яйцеклеток, включая мутацию, вызывающую гипертрофическую кардиомиопатию, и мутацию, связанную с высоким уровнем холестерина. В каждом случае фермент Cas9, используемый в тандеме с CRISPR, индуцировал двунитевой разрыв ДНК в точном месте мутации.

Создание новых проблем

Помимо подтверждения механизма репарации генов, новое исследование изучает, что происходит в геноме за пределами конкретного сайта, где репарируется мутантный ген. И здесь может возникнуть проблема.

Оказывается, механизм репарации может быть очень протяженным. Обширное копирование генома от одного родителя к другому создает сценарий, известный как потеря гетерозиготности.

Чем больше генетического кода скопировано, тем выше риск опасных генетических изменений. В новом исследовании ученые измерили протяженность трактов генной конверсии — от относительно небольшого сегмента до 18 600 пар оснований ДНК.

По сути, исправление одной известной мутации может создать больше проблем, чем решить. Это говорит о том, что необходимо гораздо больше исследований для понимания механизма, работающего при редактировании генов, прежде чем использовать его клинически для установления беременности.