ویرایش ژن آلزایمر رو هدف گرفت: یه روش جدید، امید تازه برای درمان؟

یه ابزار جدید برای دست‌کاری ژن‌ها، می‌خواد آلزایمر رو درمان کنه

محققای دانشگاه ایلینویز اوربانا-چمپین، خبر از یه وسیلهٔ جدید برای ویرایش ژن دادن که قراره به سلول‌ها کمک کنه تا بعضی از قسمت‌های ژن‌های عامل بیماری‌ها رو نادیده بگیرن. این کار باعث شده تولید پیش‌سازهای پلاک‌های آمیلوئید-بتا توی مدل موشی که بیماری آلزایمر داره، کم بشه. این آزمایش روی موش‌های زنده نشون داده که این ابزار، که اسمش SPLICER هست، خیلی بهتر از تکنولوژی‌های ویرایش ژنیِ فعلی کار می‌کنه و احتمالاً میشه توی بیماری‌های دیگه هم ازش استفاده کرد.

این پژوهش رو پابلو پرز-پینرا، که استاد مهندسی زیستی دانشگاه ایلینویز هست، رهبری کرده و نتایجش توی مجلهٔ Nature Communications چاپ شده. SPLICER از یه روش ویرایش ژنی به اسم حذف اگزون استفاده می‌کنه که خیلی بدرد شرایطی می‌خوره که به خاطر جهش‌هایی به وجود میان که پروتئین‌های معیوب یا سمی تولید می‌کنن، مثل دیستروفی عضلانی دوشن یا بیماری هانتینگتون.

پرز-پینرا می‌گه: «DNA شامل دستوالعمل‌هایی هستش که همه چیزِ مربوط به عملکرد سلول‌ها رو می‌سازن. میشه گفت مثل یه کتاب آشپزی می‌مونه که دستورهای خیلی دقیقی برای آشپزی توش هست.» بعد ادامه می‌ده: «اما بخش‌های بزرگی از DNA هستن که هیچ چیزی رو کد نمی‌کنن. انگار که داری دستور پخت یه شام بوقلمون رو شروع می‌کنی و بعد به یه یادداشت می‌رسی که نوشته “ادامه در صفحهٔ ۱۰”. بعد از صفحهٔ ۱۰، نوشته “ادامه در صفحهٔ ۲۵”. صفحه‌های بین این دو، بی‌معنی‌ان.»

او اضافه می‌کنه: «حالا فرض کن توی یکی از صفحه‌های دستور پخت – تو ژنتیک، یه اگزون – یه اشتباه تایپی وجود داشته باشه که بوقلمون رو غیرقابل خوردن یا حتی سمی می‌کنه. اگه نتونیم اشتباه رو مستقیماً درست کنیم، می‌تونیم یادداشت قبلی رو اصلاح کنیم تا تو رو به صفحهٔ بعدی بفرسته و صفحه‌ای که خطا داره رو نادیده بگیریم، جوری که در نهایت بتونی یه بوقلمونِ قابل خوردن درست کنی. هرچند شاید سسی که توی صفحهٔ حذف شده بود رو از دست بدی، ولی هنوز هم شام داری. همین‌طور، اگه بتونیم بخش ژنی با جهش سمی رو نادیده بگیریم، پروتئینِ حاصل باز هم می‌تونه کارایی کافی برای انجام نقش‌های مهمش رو داشته باشه.»

SPLICER بر پایهٔ پلتفرم ویرایش ژن CRISPR-Cas9 ساخته شده، اما تغییرات مهمی داره. سیستم‌های CRISPR-Cas9 نیاز دارن که به یه توالی خاص از DNA وصل بشن، که این محدودیت‌هایی توی ویرایش ژن‌ها ایجاد می‌کنه. SPLICER از آنزیم‌های Cas9 جدیدتری استفاده می‌کنه که به اون توالی نیاز ندارن و این باعث میشه درهای جدیدی برای هدف قرار دادن چیزایی مثل ژن‌های مرتبط با آلزایمر، که گروه ایلینویز روش تمرکز کرده، باز بشه.

آنجلو میسکالیس، دانشجوی تحصیلات تکمیلی و یکی از نویسنده‌های اصلی مقاله، می‌گه: «یکی دیگه از مشکلاتی که توی کارمون باهاش مواجه بودیم، دقت توی نادیده گرفتن بخش‌ها بود. با تکنیک‌های فعلی حذف اگزون، بعضی وقتا کل اگزون نادیده گرفته نمی‌شه، در نتیجه هنوز بخش‌های از توالی وجود دارن که نمی‌خوایم بیان بشن.»

یه بررسی تازه از ویرایش ژن با استفاده از SPLICER

اگه بخوایم به کتاب آشپزی تشبیه‌ش کنیم، این مثل اینه که بخوای یه صفحه رو رد کنی، اما صفحهٔ جدید از وسط یه جمله شروع می‌شه و در نتیجه، دستور پخت بی‌معنی می‌شه. ما می‌خواستیم از این اتفاق جلوگیری کنیم. دو ناحیهٔ مهم توی اطراف یه اگزون وجود دارن که به ماشین‌های سلولی می‌گن که کدوم بخش‌های یه ژن باید برای تولید پروتئین‌ها استفاده بشن: یکی اول اگزون و یکی هم آخرش. درحالی‌که بیشتر ابزارهای حذف اگزون فقط روی یه توالی تمرکز می‌کنن، SPLICER هر دو توالی شروع و پایان رو ویرایش می‌کنه. در نتیجه، اگزون‌های هدف به شکل مؤثرتری نادیده گرفته می‌شن، این‌طور که میسکالی می‌گه.

گروه دانشگاه ایلینویز تصمیم گرفتن ژنِ مربوط به آلزایمر رو برای اولین نمایشِ توانایی‌های درمانی SPLICER هدف قرار بدن. با اینکه این ژن خیلی خوب بررسی شده، اما نادیده گرفتن مؤثر اگزون تو موجودات زنده هنوز هم کار سختی بوده. محقق‌ها یه اگزون خاص رو هدف قرار دادن که برای یه توالی آمینواسید داخل یه پروتئین کد می‌شه و این پروتئین برای تشکیل آمیلوئید-بتا بریده می‌شه، که توی طول پیشرفت بیماری تو مغز جمع می‌شه و پلاک‌ها رو می‌سازه.

توی نورون‌های کشت داده شده، SPLICER به شکل مؤثری تشکیل آمیلوئید-بتا رو کم کرد. وقتی خروجی DNA و RNA مغز موش‌ها رو آنالیز کردن، محقق‌ها فهمیدن که اگزونِ هدف ۲۵ درصد توی موش‌هایی که با SPLICER درمان شدن کاهش پیدا کرده، بدون اینکه اثری از عوارض جانبی دیده بشه.

شردا شیروگپه، دانشجوی تحصیلات تکمیلی و یکی از نویسنده‌های اصلی این مطالعه، می‌گه: «وقتی ما اولش سعی کردیم این اگزون رو با تکنیک‌های قدیمی هدف قرار بدیم، موفق نشدیم. ترکیب ویرایشگرهای پایهٔ جدید با ویرایش دوگانهٔ اسپلایس، اگزون رو با نرخ خیلی بهتری نسبت به هر کدوم از روش‌های موجود حذف کرد. ما تونستیم نشون بدیم که نه تنها می‌تونه کل اگزون رو بهتر حذف کنه، بلکه پروتئینی که پلاک رو توی این سلول‌ها تولید می‌کنه رو هم کم می‌کنه.»

پرز-پینرا گفت: «نادیده گرفتن اگزون فقط وقتی مؤثر هست که پروتئینِ حاصل هنوز هم کارکردی داشته باشه، برای همین نمی‌تونه هر بیماری‌ای با زمینهٔ ژنتیکی رو درمان کنه. این محدودیت کلی این روش هست.» او اضافه کرد: «اما برای بیماری‌هایی مثل آلزایمر، پارکینسون، هانتینگتون یا دیستروفی عضلانی دوشن، این روش پتانسیل زیادی داره. مرحلهٔ بعدی فوری، بررسی ایمنی حذف اگزون‌های هدف توی این بیماری‌هاست و ما باید مطمئن بشیم که پروتئینِ جدیدی که تولید نمی‌شه سمی یا فاقد کارکرد مهمی نیست. همچنین نیاز داریم که مطالعات حیوانی طولانی‌مدت انجام بدیم و ببینیم آیا بیماری با گذشت زمان پیشرفت می‌کنه یا نه.»

تو دانشگاه ایلینویز، پرس-پینرا همچنین با دپارتمان فیزیولوژی مولکولی و یکپارچه، کالج پزشکی کارل ایلینویز، مرکز سرطان در ایلینویز و مؤسسهٔ کارل آر. ووز برای زیست‌شناسی ژنومی همکاری داره. پروفسورهای مهندسی زیستی دانشگاه ایلینویز، سرگئی ماسلوف و توماس گاج هم از نویسنده‌های این مقاله بودن. این کار توسط مؤسسهٔ ملی بهداشت، انجمن دیستروفی عضلانی، انجمن قلب آمریکا، بنیاد بیماری پارکینسون و بنیاد سیمونز حمایت شده. این پژوهش همچنین از کمک‌های مالی مؤسسهٔ ملی بهداشت با شماره‌های ۱U01NS122102، ۱R01NS123556، ۱R01GM141296، ۱R01GM127497، T32EB019944 و ۱R01GM131272 برخوردار بوده.