به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، ویرایش ژن (GE) در سلول‌های بنیادی و پیش‌ساز خونساز (HSPCs) یک رویکرد ژن‌درمانی دگرگون‌کننده برای بیماری‌های ارثی ایمنی، خونی و متابولیک انسان است. پلتفرم‌های GE، مانند سیستم CRISPR-Cas9، در صورت همراه شدن با الگوی DNA، شکست‌های دو رشته‌ای DNA (DSBs) را برای اختلال ژنی خاص محل یا ویرایش‌های واسطه همولوژی هدف قرار می‌دهند. الگوهای اصلاحی DNA را می‌توان به صورت الیگودئوکسی‌نوکلئوتیدهای تک یا دو رشته‌ای غیر ویروسی (ODNs)،5،6،7 ناقل‌های لنتی‌ویروسی ناقص اینتگراز (IDLVs)،8،9 یا سروتیپ 6 ناقل ویروسی مرتبط با آدنو (AAV6)،10،11 ارائه کرد که مورد دوم بیشترین کاربرد را برای اصلاح ژن دوربرد یا درج (INS) جایگاه‌های بیان در مکان‌های ژنومی انتخاب شده یا جایگاه‌های امن دارد. یک محدودیت اصلی برای ترمیم کارآمد با هدایت همولوژی (HDR) GE، ماهیت خاموش سلول‌های بنیادی خون‌ساز (HSCs) ابتدایی‌تر است. بهینه‌سازی شرایط کشتex vivo8،12،13،14،15،16، ارتقای پیشرفت چرخه سلولی به نفع HDR14،17،18،19،20 و انتخاب مناسب‌ترین وسایل انتقال برای الگوی DNA9،21،22،23،24 تنها تا حدی بازده سلول‌های بنیادی خون‌ساز انسانی ویرایش‌شده با HDR را در درازمدت بهبود بخشیده است. علاوه بر این، پاسخ آسیب DNA با واسطه p53 (DDR) که توسط DSBهای DNA القا شده توسط نوکلئاز فعال می‌شود، به طور حاد و نامطلوبی بر آمادگی HSPC تأثیر می‌گذارد و HSPCهای ویرایش شده با HDR حساسیت بیشتری به آن نشان می‌دهند.

قرار گرفتن در معرض AAV6 یا IDLV همچنین باعث پاسخ p53 می‌شود، اثرات DSB را تقویت می‌کند و تنوع کلونال را در پیوند سلول‌های بیگانه کاهش می‌دهد. مطابق با یافته‌های پیش‌بالینی، یک آزمایش ویرایش ژن HDR با استفاده از AAV6 پس از تأخیر شدید در بازیابی خونسازی متوقف شد. مهار گذرای p53 در طول GE به طور موثری اثرات مضر DDR ناشی از GE را کاهش می‌دهد. با این حال، غیرفعال شدن کامل p53 خطر سمیت ژنتیکی را افزایش داد،که بر نیاز به ارزیابی‌های ایمنی بیشتر این رویکرد تأکید می‌کند. اگرچه HSPCهای زنده مانده از DDR ممکن است هنوز پیوند زده شوند،اینکه آیا آنها حافظه طولانی مدت از روش مهندسی ژنتیک را حفظ می‌کنند یا خیر، هنوز ناشناخته است. سیگنالینگ DDR مداوم با پیری سلولی مرتبط است، وضعیتی از توقف چرخه سلولی که در آن سلول‌ها دچار یک بازآرایی متابولیکی و التهابی عمیق می‌شوند. سلول‌های پیر از طریق مولکول‌های التهابی ممکن است در انحراف میلوئیدی، التهاب مزمن و خون‌سازی الیگوکلونال نقش داشته باشند. در این مطالعه، محققان کشف کردند که GE دوربرد با واسطه CRISPR-Cas9/AAV6 در HSPCهای انسانی، فنوتیپ شبه پیری و برنامه‌های التهابی را القا می‌کند که عملکرد سلول‌های ویرایش شده با HDR را مختل می‌کند. محققان استراتژی‌هایی را برای جلوگیری از پیری در طول GE آزمایش کردند که امکان بازسازی پلی‌کلونال طولانی‌مدت HSPCهای مهندسی‌شده را فراهم می‌کند و تأثیر آنها را بر یکپارچگی ژنوم ارزیابی می‌شود. کاربرد این استراتژی‌ها پتانسیل افزایش کارایی و ایمنی کاربردهای بالینی مبتنی بر HDR را دارد.

یافته‌های مطالعه

 دانشمندان موسسه ژن درمانی سن رافائل تله‌تون (SR-Tiget) در میلان، دریافته‌اند که ویرایش ژن با استفاده از CRISPR-Cas9 در ترکیب با ناقل‌های AAV6 می‌تواند پاسخ‌های التهابی و شبه پیری را در سلول‌های بنیادی خون ایجاد کند و توانایی طولانی مدت آنها را در بازسازی سیستم خونی به خطر بیندازد. این مطالعه که در Cell Reports Medicine منتشر شده است، استراتژی‌های جدیدی را برای غلبه بر این مانع تشریح می‌کند و ایمنی و اثربخشی درمان‌های مبتنی بر ویرایش ژن را برای اختلالات خونی ارثی بهبود می‌بخشد.

آشکار کردن پیری به عنوان یک چالش پنهان در ویرایش ژن

ویرایش ژن مبتنی بر ترمیم همولوژی (HDR) در سلول‌های بنیادی و پیش‌ساز خون‌ساز (HSPCs) نویدبخش درمان بیماری‌های خونی ژنتیکی است. با وجود پیشرفت‌های قابل توجه در ویرایش ژن مبتنی بر HDR، تبدیل این رویکردها به درمان‌های بالینی ایمن و مؤثر برای بیماران همچنان یک چالش بزرگ است. در حالی که این فناوری پتانسیل بالایی را در محیط‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد، دستیابی به نتایج قابل اعتماد و بادوام در سلول‌های بنیادی خون‌ساز انسان - بدون به خطر انداختن عملکرد آنها - واقعاً دشوار بوده است. محققان این مطالعه دریافتند که ویرایش CRISPR-Cas9، به ویژه هنگام استفاده از وکتورهای AAV6 برای ارائه الگوی ترمیم، یک پاسخ قوی به آسیب DNA (DDR) و سیگنال‌های التهابی را که توسط مسیرهای p53 و IL-1/NF-κB هدایت می‌شوند، فعال می‌کند. این امر منجر به التهاب و حالت شبه پیری می‌شود که ظرفیت بازسازی سلول‌های ویرایش شده را پس از پیوند کاهش می‌دهد. محققان این مطالعه دریافتند که بخشی از سلول‌های بنیادی خون‌ساز ویرایش‌شده با ژن، علائم پیری زودرس را نشان می‌دهند. این امر توانایی آنها در بازسازی سلول‌های خونی پس از پیوند را کاهش می‌دهد که می‌تواند موفقیت بلندمدت و مزایای درمانی ژن‌درمانی را محدود کند. یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهد که سلول‌های بنیادی، حافظه‌ای از فرآیند مهندسی ژنتیک را حفظ می‌کنند. این عوارض جانبی فقط پاسخ‌های گذرا به استرس نیستند بلکه آنها می‌توانند منجر به اختلالات پایدار در عملکرد سلول‌های بنیادی شوند.

کاهش پیری برای عملکرد برتر سلول‌های مهندسی ژنتیک شده

برای مقابله با این اثر نامطلوب، محققان دو استراتژی مکمل را آزمایش کردند: مهار گذرای p53 و استفاده از عوامل ضد التهابی، به ویژه آناکینرا، یک آنتاگونیست گیرنده IL-1 که از نظر بالینی تأیید شده است. هر دو رویکرد به طور قابل توجهی نشانگرهای پیری را در HSPCهای ویرایش شده کاهش داده و توانایی آنها را در بازسازی یک سیستم خونی سالم و متنوع در مدل‌های پیش‌بالینی بهبود بخشیده‌اند. نکته مهم این است که آناکینرا همچنین رویدادهای ژنوتوکسیک بالقوه، مانند حذف‌ها و جابجایی‌های بزرگ را کاهش داده است که نشان دهنده یک پروفایل ایمن‌تر در مقایسه با مهار p53 به تنهایی است. مطالعه محققان این مطالعه نشان می‌دهد که تعدیل پاسخ التهابی و مرتبط با پیری در طول ویرایش ژن می‌تواند تناسب سلول‌های بنیادی خون‌ساز ویرایش شده را حفظ کرده و بازسازی خون‌ساز پایدارتر و پلی‌کلونال‌تر را در درازمدت امکان‌پذیر کند. این یافته‌ها به توضیح موانع مشاهده‌شده در آزمایش‌های بالینی اخیر شامل ویرایش ژن مبتنی بر HDR در سلول‌های بنیادی خون کمک می‌کند و مسیری مشخص برای بهبود نتایج ارائه می‌دهد. استراتژی‌های پیشنهادی می‌توانند به‌ویژه برای بیماری‌هایی که نیاز به اصلاح طولانی‌مدت و پیوند سلول‌های بنیادی دارند، مانند نقص ایمنی یا سندرم‌های نارسایی مغز استخوان، ارزشمند باشند.

پایان مطلب./