یک روش ویرایش ژنی جدید با دقت مطلق

5 مارس 2018- محققان ژاپنی به رهبری دکتر Knut Woltjen  یک روش جدید ویرایش ژن را معرفی کرده اند که می تواند یک تک باز را درDNA ی ژنوم انسان با دقت کامل تغییر دهد.
این تکنیک منحصر به فرد که در مجله ی Nature Communications توصیف شده است، مکانیسم های تعمیر خود سلول را هدایت می کند و امکان مطالعه ی جفت سلولهایی با ژنتیک همانند را برای مطالعه جهش های مربوط به بیماریها فراهم می نماید.
جهش های تک بازی در  DNA که به عنوان پلی مورفیسم تک نوکلئوتید یا SNPs شناخته می شوند، شایع ترین نوع تغییرات در ژنوم انسان هستند.بیش از 10 میلیونSNP شناخته شده است که بسیاری از آنها با بیماری هایی مانند بیماری آلزایمر، بیماری قلبی و دیابت مرتبط هستند.
به منظور درک نقش  SNPهادر بیماری های ارثی، دانشمندان مرکز تحقیقات و برنامه های کاربردی سلول هایiPS در دانشگاه کیوتو(CiRA) ، سلول های بنیادی پلورپوتنت القایی را از اهدا کنندگان جمع آوری نمودند.

سلول های IPS آرایش ژنتیکی اهدا کننده را حفظ می کنند و می توانند به هر نوع سلولی در بدن تبدیل شوند.به این ترتیب، سلول های بافتهایی مانند مغز، قلب یا پانکراس را می توان در آزمایشگاه تولید و مشاهده نمود، بنابراین امکان آزمایشاتی ایمن برای درمان جدید بیماری ها قبل از شروع آزمایشات بالینی وجود دارد.
اثبات اینکه یکSNP باعث بیماری خاصی می شود، نیازمند مقایسه های بسیار دقیق با سلول هایiPS است که از نظر ژنتیکی همانند یا ایزوژنیک می باشند.سلول های ایده آل برای این کار، آنچه محققان به عنوان "دوقلوهای ایزوژنیک" توصیف می کنند؛ سلول هایی هستند که ژنوم آنها تنها در یک SNPبا هم  متفاوتند.
با این حال، دکتر Shin-Il Kim، استادیار ارشد در آزمایشگاه Woltjenو همکارانش در این مطالعه می گویند که ایجاد این دوقلوها بسیار مشکل است، معمولا ما باید یک ژن برای مقاومت به آنتی بیوتیک همراه باSNP برای غلبه بر راندمان پایین به ژنوم اضافه کنیم. از آنجایی که افزودن این ژن سبب ایجاد یک تغییر دیگر در ژنوم می شود، ما نیاز به راهی برای حذف آن داریم.
آزمایشگاه Woltjen برای ایجاد دوقلوهای ایزوژنیک، تکنولوژی ویرایش ژنومی جدیدی را توسعه داده است که بوسیله ی آن یکSNP همراه با یک ژن گزارشگر فلورسنت را که به عنوان یک سیگنال برای تشخیص سلول های دستکاری شده عمل می کند، بداخل ژنوم وارد می نماید.
آنها همچنین یک توالی دوپلیکیت کوتاه از DNA را که به عنوان یک میکروهومولوژی شناخته می شود، در طرف چپ و راست ژن گزارشگر(reporter gene) و سایت های هدف منحصر به فرد برایCRISPR( آنزیمی که DNA را برش می دهد) وارد می کنند.
این ویژگی ها به محققان اجازه می دهد تا از یک سیستم تعمیر و نگهداری DNA درون سلولی به نام microhomology-mediated end joining یا MMEJ به منظور حذف دقیق ژن گزارشگر استفاده کنند. سیستم MMEJ ژن گزارشگر فلورسنت را حذف می کند و تنها SNP تغییر داده شده را در ژنوم باقی می گذارد.با قرار دادن یکSNP جهش یافته در یک میکروهومولوژی و یکSNP طبیعی در دیگری، توسط این روش، می توان به طور موثر دوقلوهای ایزوژنیک تولید نمود.
دکتر Knut Woltjen، این روش جدید ویرایش ژنی را با الهام از سیستم MMEJ  که در سلول به طور طبیعی آسیب DNA را تعمیر می کند ، MhAX یا Microhomology-Assisted eXcision نامید.
او می گوید: در روش  MhAX، ما توالی های DNA را که قبلا در ژنوم موجود بودند، کپی می کنیم. سپس اجازه می دهیم سلول ها مجددا این نسخه ی دوپلیکیت را تعمیر کنند، در همان زمان، سلول ها تصمیم می گیرند که کدام SNPهارا بعد از تعمیر حفظ کنند.

در همکاری با دکتر Takashi Yamamoto از دانشگاه هیروشیما و دکتر Tomoyoshi Soga  از دانشگاه Keio، محققان آزمایشگاه Woltjen با استفاده ازاین روش جدید، SNPهایی را در ژنHPRT  و  APRT، ایجاد کردند - جهش هایی که به ترتیب با نقرس و بیماری کلیوی مرتبط هستند.
آنالیزهای بیوشیمیایی نشان داد که متابولیسم در سلول های دارایSNP جهش یافته ی ژنHPRT مشابه با بیماران نقرسی تغییر کرده است، در حالی که سلول های کنترل دوقلوی ایزوژنیک در همین آزمایش، طبیعی بودند.جهش  APRT * J که اغلب در جمعیت بیماران ژاپنی با نارسایی حاد کلیوی یافت می شود، کارایی بالای روش MhAX را نشان داد، زیرا هر دو نسخه ی ژنی (یکی از مادر و یکی از پدر) نیاز به ویرایش ژنی برای بررسی اثرات این جهش داشتند.
آزمایشگاه Woltjen در حال حاضر روش خود را برای ایجاد و اصلاحSNP ها در ژن های مرتبط با بیماری های دیگر آغاز کرده است.در همکاری با سایر محققان ژاپنی و کانادایی، آنها در حال بررسی علل ژنتیکی دیابت شدید در بیماران نوجوان هستند.
آزمایشات بالینی دیابت با استفاده از سلول های بنیادی جنینی در حال انجام است، اما نیاز به سرکوب طولانی مدت سیستم ایمنی دارد.اصلاح ژن در سلول هایiPS خود بیمار، می تواند منجر به تولید سلول های پانکراس تولید کننده انسولین سالم با کاهش احتمال رد پیوند شود.
دکتر Woltjen گفت: هدف ما ایجاد تکنولوژی هایی برای ویرایش ژن است که درک ما را از مکانیسم های بیماری بهبود می بخشد و در نهایت منجر به ابداع درمان برای این بیماریها گردد، ما به کاربردMhAX  در تحقیقات بیماری های فعلی انسان و فراتر از آن، اطمینان داریم.

منبع و سایت خبر:

Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-03044-y

www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180305093015.htm