İnsan embriyolarındaki gen düzenlemesi kalp hastalığına neden olan mutasyonu ortadan kaldırıyor

Amerika Birleşik Devletlerinde ilk defa araştırmacılar insan embriyolarındaki bir mutasyonu onarmak için gen düzenlediler.

CRISPR/Cas9 olarak bilinen moleküler kesiciler kalp hastalığına neden olan gen bozukluğunu düzeltti. Nature dergisinin 2 Ağustos tarihli raporunda araştırmacılar gen düzenleyicinin embriyoların %72’sini tamir ettiğini söyledi. Böyle bir tamir oranı beklentilerin çok üzerinde. Embriyoları taklit etmek üzere yeniden programlanan deri hücreleriyle yapılan bir çalışma, mutasyonun hücrelerin ancak %30’undan daha azında onarılabileceğini ileri sürmüştü.

Bununla birlikte, araştırmacılar genetiği tam düzenlenmemiş yama embriyo üretimini sınırlayacak teknik bir ilerleme keşfetti. Araştırmacılardan Portland’daki Oregon Sağlık ve Bilim Üniversitesi’nde üreme ve gelişimsel biyolog Shoukhrat Mitalipov, CRISPR/Cas9’un genetik hastalıkları önlemede kullanılmasının bu anlamda önemli olduğunu söylüyor. Eğer erken embriyonun içinde bir tane hücre bile düzeltilmemişse, Mitalipov’a göre “bu bütün işlemi altüst eder.” Mitalipov embriyo düzenleme metodlarını geliştirmek için Oregon, Kaliforniya, Kore ve Çin’den meslektaşlarla çalıştı.

Farklı ülkelerdeki araştırmacılar erken insan gelişimini öğrenmek ve temel araştırma sorularına yanıt bulabilmek için insan embriyolarını düzenlediler. Ama Mitalipov ve meslektaşları, gen düzenlemenin güvenlilik ve verimliliğini arttırmak için açıktan açığa klinik deneyler yürüttü. Bu deneylerde düzenlenmiş embriyoların kadınların uterusuna yerleştirilmesi yoluyla hamilelik başlatıldı.

Zamanlamayı mükemmelleştirmek

Araştırmacılar genleri döllenme sonrası yerine döllenme esnasında düzenleyerek yama embriyoların nasıl önleneceğini öğrendi. Önceleri bilim insanları yumurtaları dölledikten sonra CRISPR/Cas9 gen düzenleyicisini (en üst sırada) ekledi. Zaman zaman yumurtalar DNA’yı zaten kopyalamış oluyordu ve mutant bir gen düzenlemeden kaçıyordu (yukarıda, ortada). Bu düzenlenmiş ve düzenlenmemiş hücrelere sahip yama veya mozaik embriyoya neden oluyordu (sağ üst köşede). DNA replikasyonundan önce sperm ile birlikte CRISPR/Cas9 enjekte etmek DNA kendini kopyalamadan mutasyonu onardı (en alt sırada) ve böylece tamamen sağlıklı hücrelere sahip bir embriyo oluştu.

ABD’de bu gibi klinik deneyler, Amerikan Gıda ve İlaç Kurumu’nun (FDA) insan embriyosunda kalıtsal değişikliklere yol açabilecek bir durum oluşturacak prosedürlere dair başvuruların teftişini önleyen bir kural sayesinde etkin bir şekilde yasaklandı. Germ hattı düzenlemesi olarak da adlandırılan bu şekilde embriyo DNA’sı ile oynamak, teknolojinin sözde dizayn edilmiş bebekler yaratmak için kullanılacaği korkusu sebebiyle tartışmalı bir konu..

Çalışmada, MYBPC3 geninin içinde mutasyon taşıyan bir erkekten alınan sperm o genin sağlıklı kopyalarını taşıyan kadınların yumurtalarına enjekte edildi. Sadece bir mutant gen kopyası taşımak, hipertrofik kardiyomiyopati adı verilen kalıtsal bir kalp hastalığına neden oluyor. Her 500 insandan birini etkileyen bu durum ani kalp yetmezliğine neden oluyor. MYBPC3 genindeki mutasyonlar vakaların %40’ına neden oluyor. Doktorlar hu hastalığın belirtilerini tedavi edebiliyor ancak kesin bir çare yok.

Araştırmacılar, spermle birlikte yumurtaya DNA kesici enzimi Cas9 ve enzimi genin mutant kopyasını kesmeye yönlendirmesi için bir parça RNA enjekte etti. DNA’nın diğer bir parçası da yumurtaya enjekte edilmişti. DNA’nın bu büyük kısmı, Cas9 tarafından açılmış oyuğu onaran döllenmiş yumurtaya bir örnek teşkil etmesi gerekiyordu. Bunun yerine embriyolar kesilmiş parçayı onarmak için annenin sağlıklı geninin bir kopyasını kullandı.

Embriyoların kendi kendini iyileştiren DNA’sı beklenmedik bir durumdu çünkü Mitalipov’un dediğine göre diğer çeşit hücreler genellikle dış örneklere ihtiyaç duyar. Bu buluş, eğer ebeveynlerin ikisinde de sağlıklı genlerin bir kopyası yoksa araştırmacılar için embriyodaki mutasyonu düzeltmenin zor olabileceğini gösterebilir. Öte yandan bu bulgu dizayn edilmiş bebekler konusunda endişe duyanlar için iyi bir haber olabilir çünkü embriyolar yeni karakter ekleme girişimlerini geri çevirebilir.

Araştırmacılar aynı zamanda CRISPR/Cas9 eklerken zamanlamanın önemli olduğunu keşfetti. İlk deneylerinde, araştırma ekibi gen düzenleyicisini yumurtaların döllenmesinden 1 gün sonra eklemişti. Enjekte edilmiş 54 yumurtanın 13 tanesi bazıları onarılmış bazıları onarılmamış hücreler taşıyan yama veya diğer adıyla mozaik embriyolardı. Mitalipov’a göre bu gibi mozaik embriyolar genellikle döllenmiş yumurtalar kendi DNA’larını araştırmacılar Cas9’u eklemeden önce kopyalayınca ortaya çıkar.

Cas9’u spermle birlikte enjekte etmek – ki bu yumurtanın kendi DNA’sını kopyalamadan öncedir – sadece 1 adet yama yumurta ortaya çıkardı. Bu embriyo mutasyonlu tüm hücrelerini kendi başına onarmıştı ancak bazı hücreler
onarım için annenin DNA’sını kullanırken öteki hücreler araştırmacılar tarafından sağlanmış örneği kullandı.

Teste tabi tutulan embriyoların hiçbiri Cas9’un kesmemesi gereken bir yeri kestiğini göstermedi. “Hedef dışı” kesme gen editörlerinin yeni DNA hataları yaratma ihtimali yüzünden güvenlik konusunda kaygı uyandırmıştır.

Toronto Üniversitesi ve Çocuk Hastalar Hastanesi’nde gelişim biyolojisi uzmanı Janet Rossant şöyle diyor: “Çalışma genetik hastalıkları önlemek için gen düzenlemeye yönelik ilerleme kaydetti ancak klinik testlerin başlaması için halen kat edilmesi gereken uzun bir yol var. Bunun tekrar edilebilir ve etkin bir şekilde yapılabileceğinden emin olmamız lazım.”

Kaynak: Science News
Çeviren: Emre Topçu