Новое понимание репарации ДНК в ранних человеческих эмбрионах с последствиями для редактирования генов
Исследование показывает, что ранние человеческие эмбрионы эффективнее восстанавливают повреждения одноцепочечной ДНК, чем двухцепочечные разломы. Результаты имеют значение для безопасности генного редактирования на ранних стадиях развития.
Лечение наследственных заболеваний является одной из величайших проблем современной медицины. В будущем целевые генные коррекции на самых ранних стадиях эмбрионального развития могут помочь предотвратить развитие определенных наследственных заболеваний и их передачу будущим поколениям. Однако безопасность таких подходов зависит от того, как человеческие эмбрионы восстанавливают повреждения ДНК, вызванные редактированием генов, и от ограничений доступных технологий. Эти вопросы рассматриваются в исследовании, опубликованном в журнале Nature, под руководством первого автора Штепана Еррабека, связанного как с Колумбийским университетом, так и с IOCB Prague. В исследовании также участвовали два других ученых IOCB Prague: Ива Пихова и Микаэль Долежал.
Хотя репарация ДНК является одним из фундаментальных процессов, необходимых для нормального развития человеческого эмбриона, мало было известно о том, как она функционирует на самых ранних стадиях развития. Это исследование является первым, обеспечивающим детальное сравнение того, как человеческие эмбрионы реагируют на два различных типа повреждений ДНК. «Исследование показывает, что ранние человеческие эмбрионы способны эффективно восстанавливать повреждения одноцепочечной ДНК, тогда как восстановление двухцепочечных разломов на этой стадии развития значительно менее надежно», — говорит первый автор исследования Еррабек.
Для детального изучения этих механизмов восстановления исследователи внесли целевые изменения в два хорошо изученных гена, используя два различных инструмента редактирования генома. Используя CRISPR-Cas9, исследователи внесли двухцепочечные разломы в эмбриональную ДНК, тогда как базовое редактирование привело только к единственной надрезу на одной цепи. Затем они проанализировали, как механизмы восстановления ДНК эмбрионов реагировали на каждый тип повреждения ДНК.
Долежал и Пихова из IOCB Prague внесли вклад в очистку белковых редакторов, используемых в исследовании для внесения точно определенных изменений одноцепочечной ДНК. «Сотрудничество в исследовании началось еще в 2021 году, и на протяжении последующих лет мы подготовили несколько вариантов редакторов для экспериментов, проведенных нашими коллегами из Колумбийского университета. Некоторые из них в итоге использовались в исследовании. Мы обнаружили, что прямая доставка редакторов в эмбриональные клетки в виде белков, а не мРНК, была совместима с нормальным эмбриональным развитием», — говорит Долежал.
Одним из ключевых открытий исследования является то, что исследователи успешно выделили стволовые клетки из отредактированных шестидневных эмбрионов. Стволовые клетки обеспечивают достаточный генетический материал для детальных анализов, позволяя исследователям изучить эффекты редактирования генов более глубоко. Кроме того, они позволяют изучить последствия введенных генетических изменений в последующих поколениях клеток.
Помимо предоставления новых сведений о восстановлении ДНК, исследование также подчеркивает ограничения современных технологий редактирования генома и необходимость постоянных исследований. «Нашей целью было не разработать метод генетической модификации человеческих эмбрионов, а скорее лучше понять посредством базовых исследований, как функционируют механизмы восстановления ДНК на ранних стадиях человеческого развития. Хотя базовое редактирование представляет значительное улучшение по сравнению с CRISPR-Cas9 в отношении точности восстановления ДНК, наши выводы также показывают, что многие важные вопросы безопасности должны быть решены, прежде чем эти методы могут рассматриваться для клинического применения в человеческих эмбрионах», — говорит Еррабек.
Исследование было проведено в лаборатории Дитера Егли под надзором этического комитета Колумбийского университета. Еще до публикации исследование привлекло международное внимание и было освещено международными СМИ, включая The New York Times.
Ян Конвалинка, директор IOCB Prague, подчеркивает, что такой тип базовых исследований важен не только с научной точки зрения, но и с более широкой общественной перспективы. «Я считаю этический дебат, окружающий такие исследования, как это, как законным, так и необходимым. Цель базовых исследований состоит в расширении границ знаний, одновременно помогая нам лучше понять возможности и ограничения современных технологий. Именно поэтому эта работа представляет важный вклад как в научный, так и в общественный дебат».