Изображение Молли Фергусон, Институт Биоэтики в Бермане.

Совсем недавно на интернет-ресурсе bioRxiv были опубликованы 3 препринта, касающиеся работы с эмбрионами человека с использованием системы CRISPR/Cas9. Эти публикации вновь вызвали волну обсуждений отрицательных последствиях применения этой системы для внесения генетических модификаций в геном человека. В то время более ранние результаты показали, что данная система продуцирует неспецифические мутации далеко от локуса интереса, анонсированные работы демонстрируют появление мутаций как раз в сайте, где необходимо внести генетические изменения. Такие мутации сложнее выявить, и их последствия сложнее удалить.

Подобные исследования особенно важны в контексте продолжающихся споров о редактировании генома эмбрионов человека в целом. Первое подобное исследование было проведено в 2015 году, и к настоящему времени количество опубликованных работ можно пересчитать по пальцам. Проведение экспериментов такого рода запрещено во многих странах, а в остальных находится под строгим контролем Всемирной Организации Здравоохранения [Chaib, 2019] и международного общества по исследованию стволовых клеток [GUIDELINES FOR STEM CELL RESEARCH AND CLINICAL TRANSLATION, 2016]. Когда в 2018 году биофизик Хи Джанкуи провел работу, в результате которой на свет появились двое детей с измененным геномом, общественность высказала осуждение за нарушение этических норм, а руководитель научной группы был приговорен к тюремному сроку за нелегальную медицинскую практику.

Репродуктивный биолог Мари Герберт из университета в Ньюкасле отмечает важность опубликованных препринтов, поскольку они указывают на то, как мало ученые пока знают о механизмах репарации ДНК в эмбрионах человека после работы с системой CRISPR/CAS9.

Кэйти Ниакан из института Френсиса Крика в Лондоне представила на всеобщее обозрение свою работу 5 июня [Alanis-Lobato et al, 2020]. Исследователи использовали CRISPR/Cas9 для внесения мутации в ген POU5F1, один из ключевых регуляторов эмбрионального развития. В работе использовали 18 эмбрионов человека и у 22% из них выявили абберации участков ДНК вокруг гена POU5F1, включающие в себя перестройки и делеции вплоть до нескольких тысяч оснований – это куда более обширные нарушения, чем можно было бы ожидать.

В работе другой группы под руководством Дитер Эгли из Колумбийского университета в Нью-Йорке [Zuccaro et al, 2020] анализировали эмбрионы, полученные с использованием сперматозоидов, несущих мутацию в гене EYS, ассоциированную с нарушением зрения. Применение CRISPR/Cas9 для таргетирования гена EYS приводило к тому, что более чем у половины исследуемых эмбрионов элиминировались протяженные участки хромосомы, на которой располагался непосредственно ген EYS.

Аналогичные результаты получила и третья группа исследователей под руководством Шукхрата Миталипова из Орегонского института здоровья и науки в Портленде. При попытке исправить мутацию, приводящую к нарушениям в сердечно-сосудистой системе, утрачивался участок хромосомы, содержащей целевой ген [Liang, et al, 2020].

Все три автора не готовы вступать в активную дискуссию по поводу полученных результатов, пока их работы не пройдут тщательную проверку и не будут опубликованы. Тем не менее, уже сейчас очевидно, что эти нарушения в геноме являются следствием работы системы CRISPR/Cas9. Благодаря направляющей РНК фермент распознает необходимую последовательность в геноме и вносит двуцепочечный разрыв, который затем исправляется собственными системами клеточной репарации. Подобные разрывы обычно закрываются как простые повреждения ДНК путем добавления или удаления нескольких нуклеотидов. Исследователи могут внести фрагмент ДНК, который будет использован клеткой как образец для исправления разрыва. Тем не менее, подобные двунитевые разрывы также могут приводить и к делеции значительных фрагментов хромосомы, и к обширным перестройкам.

Федор Урнов, занимающийся редактированием генома в Калифорнийском университете в Беркли, отметил, что эти препринты отвечают на два важнейших вопроса. Первый – как система CRISPR/Cas9 будет вести себя в эмбрионах человека, работы показывают, что эффект может быть крайне индивидуальным. Второй - возможны ли непредвиденные мутации в локусе интереса, авторы обращают внимание на появление таких случайных мутаций. И хотя все 3 исследовательские группы еще не пришли к общему мнению по поводу механизма, за счет которого возникают генетические аномалии, их работы показывают, как много предстоит узнать ученым о генетических модификациях эмбрионов человека до того, как эту технологию можно будет применять на практике.

1. Alanis-Lobato G., Zohren J., McCarthy A., et al. Frequent loss-of-heterozygosity in CRISPR-Cas9-edited early human embryos // https://doi.org/10.1101/2020.06.05.135913

2. Chaib F. WHO launches global registry on human genome editing// https://www.who.int/news-room/detail/29-08-2019-who-launches-global-registry-on-human-genome-editing

3. Liang D., Gutierrez N. M., Chen T., et al. FREQUENT GENE CONVERSION IN HUMAN EMBRYOS INDUCED BY DOUBLE STRAND BREAKS// https://doi.org/10.1101/2020.06.19.162214

4. Zuccaro M.l V., Jia Xu, Mitchell C., et al. Reading frame restoration at the EYS locus, and allele-specific chromosome removal after Cas9 cleavage in human embryos// https://doi.org/10.1101/2020.06.17.149237

5. GUIDELINES FOR STEM CELL RESEARCH AND CLINICAL TRANSLATION// https://www.isscr.org/docs/default-source/all-isscr-guidelines/guidelines-2016/isscr-guidelines-for-stem-cell-research-and-clinical-translationd67119731dff6ddbb37cff0000940c19.pdf?sfvrsn=4

Новость подготовилa © Калабушева Е.П.

07.07.2020