Исследователи из Дана-Фарбер / Бостонского детского центра рака и заболеваний крови обнаружили, что изменения небольшого участка ДНК могут обойти генетический дефект, лежащий в основе серповидно-клеточной анемии (SCD). Открытие, опубликованное в журнале Nature, открывает путь для разработки подходов к редактированию генов для лечения ВСС и других нарушений гемоглобина, таких как талассемия.
Этот участок ДНК, называемый энхансером, контролирует молекулярный переключатель BCL11A. Этот переключатель, в свою очередь, определяет, производит ли эритроцит взрослую форму гемоглобина, которая при SCD является мутированной, или фетальную форму, на которую не влияет серповидная мутация, и противодействует им. Другие исследования показывают, что пациенты с серповидноклеточной анемией и повышенным уровнем гемоглобина плода имеют более легкую форму заболевания.
Новое исследование Nature, возглавляемое Стюартом Оркиным, доктором медицины, и Дэниелом Бауэром, доктором наук, из Dana-Farber / Boston Children’s, и Феном Чжаном, доктором наук, из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, было инициировано открытием, которое, естественно, возникновение полезных изменений в последовательности ДНК в этом усилителе снижает BCL11A только в красных кровяных тельцах.
Чтобы имитировать и улучшить эффекты этих вариаций, исследовательская группа использовала недавно разработанные инструменты редактирования генов на основе CRISPR для систематического постепенного вырезания крошечных участков ДНК по всей длине энхансера в стволовых клетках крови от людей-доноров. Затем они позволили клеткам созреть в красные кровяные тельца и обнаружили, что количество фетального гемоглобина, продуцируемого клетками, значительно увеличилось. Эксперименты команды выявили определенное место в усилителе, которое при разрезании приводит к производству высоких уровней гемоглобина плода. Параллельные эксперименты на животной модели показали, что удаление этой части энхансера повлияло на экспрессию BCL11A только в красных кровяных тельцах, а не в иммунных клетках или клетках мозга, где BCL11A также активен. Эти результаты показывают, что эффекты ограничиваются эритроцитами и что другие типы клеток не затрагиваются.
"До сих пор не существовало эффективного способа проведения такого рода экспериментов," сказал Бауэр, детский гематолог / онколог в Dana-Farber / Boston Children’s. "Наша цель состояла в том, чтобы сломать энхансер, а не исправить мутацию гемоглобина, но сделать это очень точными способами, которые возможны только после того, как стали доступны технологии редактирования генов, такие как CRISPR."
Интерес к изучению потенциального клинического использования переключателя BCL11A вырос после того, как лаборатория Оркина в 2009 году обнаружила его прямую роль в переходе от гемоглобина плода к гемоглобину взрослого человека в природе. Еще один важный шаг был сделан в 2013 году, когда журнал Science опубликовал отчет об открытии энхансера, который управляет экспрессией BCL11A только в эритроцитах.
"Теперь мы выбрали модификатор модификатора болезнетворного гена," – объяснил Оркин, руководитель Dana-Farber / Boston Children’s, который является председателем отделения детской онкологии в Институте рака Дана-Фарбер и заместителем начальника отделения гематологии / онкологии в Бостонской детской больнице. "Это совсем другой подход к лечению болезней."
Эти данные подтверждают принцип того, что целенаправленное редактирование энхансера BCL11A в стволовых клетках крови может быть привлекательным подходом для лечения ВСС и связанных с ним состояний.
"Эти эксперименты могли выявить генетическую ахиллесову пяту серповидно-клеточной анемии," сказал Оркин. "Изменения в этих конкретных частях усилителя имеют тот же эффект, что и полное отключение усилителя, что позволяет предположить, что это может быть многообещающей стратегией для внедрения в клиническую практику."
"Хотя исправление серповидной мутации само по себе может показаться наиболее простым подходом, оказывается, что стволовые клетки крови, являющиеся конечными мишенями для этого вида терапии, гораздо более устойчивы к генетической репарации, чем к генетическим нарушениям," Бауэр добавил. "Следовательно, создание единственного разреза ДНК, который разрушает энхансер только в стволовых клетках крови, может быть гораздо более осуществимой стратегией."