Редактирование оснований охватило клетки эмбриона, но вызвало сбои ДНК

Базовые редакторы ДНК — более точная альтернатива классическому CRISPR — способны вносить целевые изменения в одноклеточный человеческий эмбрион так, что модификации сохраняются во всех дочерних клетках. Однако при этом возникают непредсказуемые побочные изменения: мозаичность, редкие крупные хромосомные делеции, а при некоторых режимах работы — остановка развития эмбриона. Авторы прямо констатируют: метод пока небезопасен для клинического репродуктивного применения. Исследование Колумбийского университета опубликовано в Nature.

Что такое базовое редактирование и зачем оно нужно

Стандартный CRISPR-Cas9 разрезает двойную нить ДНК, что нередко вызывает крупные делеции или перестройки хромосом. Базовые редакторы работают иначе: они точечно меняют одну «букву» ДНК (один нуклеотид) на другую, не создавая двойного разрыва. Это делает их потенциально более безопасным инструментом.

Команда под руководством доктора Дитера Эгли из Вагелосского колледжа врачей и хирургов Колумбийского университета в сотрудничестве с международными партнёрами применила аденин-базовые редакторы (ABE) к одноклеточным человеческим эмбрионам. Цели — три гена:

• PCSK9 — регулятор уровня холестерина; мутации в нём связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниями;
• HBG1 и HBG2 — гены фетального гемоглобина, изменение активности которых изучают как возможный подход к заболеваниям крови, включая серповидноклеточную анемию и бета-талассемию.

Редактирование вносилось до первого деления, то есть на самом раннем возможном этапе. Затем учёные наблюдали за развитием эмбрионов в течение 6–7 дней до стадии бластоцисты.

Что получилось: успехи и проблемы

Эффективность: При доставке редактора в виде готового белка целевое изменение PCSK9 в некоторых опытах обнаруживалось во всех копиях гена, а эмбрионы развивались до стадии бластоцисты.

Мозаичность: Несмотря на успех в части случаев, побочные и нецелевые изменения распределялись мозаично — то есть присутствовали лишь в части клеток эмбриона.

Побочные изменения: Базовые редакторы вносили нецелевые изменения в других позициях генома. Эти изменения имели непредсказуемый паттерн. Кроме того, изредка — значительно реже, чем при CRISPR-Cas9, но всё же заметно — происходили крупные хромосомные делеции.

Остановка развития: Когда редактор вводили в виде матричной РНК (мРНК), а не белка, часть эмбрионов прекращала развиваться. Это связано с гид-независимыми эффектами мРНК, то есть с токсическим воздействием, не зависящим от целевого редактирования.

Что это значит и чего ещё нет

«Это говорит нам кое-что о том, как тип повреждений ДНК, вызываемых базовыми редакторами, восстанавливается или не восстанавливается клеткой», — прокомментировал Эгли.

Читайте также по теме: регуляции ДНК и противоопухолевой защите.

Авторы прямо указывают: результаты показывают как инструментальный потенциал базового редактирования для фундаментального изучения человеческого развития, так и серьёзные барьеры для клинического применения у людей. «Мы не говорим, что это будет использоваться в клиниках завтра», — отметил Эгли. Работа не описывает рождения отредактированных детей. Эмбрионы не имплантировались и не предназначались для вынашивания.