به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان در St. Jude Children’s Research Hospital و Northwestern University موفق شده‌اند با کشف مکانیسم تازه‌ای نشان دهند که روش‌های مبتنی بر ویرایش ژن توسط CRISPR‑Cas9 برای درمان کم‌خونی داسی‌شکل و بتا تالاسمی، حسگر ژنتیکی ویژه‌ای را هدف قرار می‌ دهند که ساختار سه‌بعدی کروماتین را مختل می‌کند و منجر به فعال شدن هموگلوبین جنینی می‌گردد. در این مطالعه که در مجله Blood منتشر شده، پژوهشگران دریافتند که سامانه درمان ژنی فعلی برای SCD و β-تالاسمی، علاوه بر تغییر مستقیم ژن‌ها، با هدف‌گیری یک عنصر تنظیمی DNA به نام “تقویت‌کننده (enhancer)” ویرایش ژنوم را انجام می‌دهد. این تقویت‌کننده باعث تشکیل یک ساختار سه‌بعدی کروماتینی موسوم به «رزت کروماتین» می‌شود که بیان شدید ژن BCL11A را در پیش‌سازهای گلبول قرمز ممکن می‌سازد. با شکستن این ساختار توسط CRISPR، ژن BCL11A خاموش شده و هموگلوبین جنینی فعال می‌شود تا جایگزین هموگلوبین بالغ معیوب در بیماران شود. علاوه بر این، پژوهشگران دریافتند که هدف‌گیری RNA تولیدشده از تقویت‌کننده نیز می‌تواند اثر مشابهی ایجاد کند و راهکاری مقرون‌به‌صرفه‌تر و مقیاس‌پذیرتر ارائه‌ دهد.

مقدمه

کم‌خونی داسی‌شکل و بتا تالاسمی دو اختلال ژنتیکی مهم هستند که به دلیل نقص در زنجیره‌های β-گلوبین هموگلوبین، توانایی حمل اکسیژن در گلبول‌های قرمز را به شدت کاهش می‌دهند. در SCD، جهش نقطه‌ای در ژن HBB منجر به تولید هموگلوبینِ داسی‌شکل می‌شود که در شرایط کم اکسیژن، بلور شده و گلبول را به شکل داسی درمی‌آورد و سبب انسداد عروقی، همولیز و آسیب به اندام‌ها می‌گردد. در بتا تالاسمی، کاهش یا فقدان تولید زنجیره β-گلوبین مانع شکل‌گیری طبیعی هموگلوبین می‌شود و بیماران نیازمند انتقال مکرر خون یا درمان‌های پیچیده هستند.در سال‌های اخیر، درمان‌های ژنی مبتنی بر ویرایش ژنوم، به ویژه با استفاده از CRISPR-Cas9، امید تازه‌ای برای درمان این بیماری‌ها فراهم کرده‌اند. هرچند که مسیر دقیق مولکولی این روش‌ها به‌طور کامل روشن نبود. مطالعه جدید تلاش کرده است این شکاف را پر کند.

تاریخچه

ایده فعال‌سازی مجدد هموگلوبین جنینی (HbF) به‌عنوان راهکار درمانی برای بیماری‌های گلبول قرمز از دهه‌ها پیش مطرح شده بود. ژن BCL11A به‌عنوان بازدارنده اصلی تولید γ-گلوبین (جزئی از HbF) شناخته شد و هدف بسیاری از مداخلات ژنتیکی شد. درمان‌های ژنی افزونۀ β-گلوبین، تصحیح ژنتیکی یا افزایش HbF همگی در مسیر بالینی یا تحقیقاتی قرار گرفته‌اند. بررسی‌ها نشان دادند که ویرایش ژن BCL11A یا تقویت‌کننده آن می‌تواند هموگلوبین جنینی را فعال کند و علایم بیماری را کاهش دهد. با این حال، چگونگی دقیق عملکرد این درمان‌ها در سطح ساختار ژنوم سه‌بعدی تا کنون کمتر بررسی شده بود. در مقاله حاضر، تیم پژوهشی با همکاری دو مؤسسه معتبر، به بررسی دقیق این مکانیسم پرداخته‌اند.

شیوه مطالعاتی

پژوهشگران ابتدا با استفاده از سلول‌های پیش‌ساز گلبول قرمز (eritroid precursors) و روش‌های ویرایش ژن CRISPR-Cas9، تقویت‌کننده ژن BCL11A را هدف قرار دادند و تغییرات در ساختار سه‌بعدی کروماتین را بررسی کردند. با بهره‌گیری از تکنیک‌های تحلیل ساختار کروماتین و تعاملات DNA سه‌بعدی (مانند کروماتین کانفورمیشن کپسچر یا روش‌های مرتبط)، بررسی شد که چگونه این تقویت‌کننده با اجزای ژن BCL11A تماس می‌یابد و ساختار «رزت» را تشکیل می‌دهد. سپس، هنگامی که CRISPR یک شکاف DNA در این تقویت‌کننده ایجاد کرد، تغییرات در بیان ژن BCL11A و سطح HbF اندازه‌گیری شدند. هم‌چنین پژوهشگران بررسی کردند که آیا هدف‌گیری RNA تولیدشده از این تقویت‌کننده (enhancer RNA) با استفاده از الیگونوکلئوتیدهای آنتی‌سنس می‌تواند همان نتیجه را بدهد یا خیر. کنترل‌هایی نیز برای اطمینان از عدم اثرات جانبی قابل‌توجه انجام شد.

نتایج

نتایج نشان داد که تقویت‌کننده هدف قرارگرفته، در شرایط طبیعی قبل از ویرایش، با تشکیل ساختار «رزت» کروماتینی، ارتباط‌های متعدد و سه‌بعدی با عناصر تنظیمی ژن BCL11A دارد. این ساختار تضمین‌کننده بیان زیاد BCL11A در سلول‌های پیش‌ساز گلبول قرمز بود. با شکستن این ساختار توسط CRISPR-Cas9، امکان ورود پروتئین‌های سرکوب‌گر فراهم شد و ژن BCL11A خاموش گردید. این خاموشی باعث فعال‌سازی هموگلوبین جنینی شد که می‌تواند نقص هموگلوبین بالغ در SCD یا β-تالاسمی را جبران نماید. مهم‌تر این‌که هدف‌گیری RNA تولیدشده توسط تقویت‌کننده نشان داد که با استفاده از الیگونوکلئوتیدهای آنتی‌سنس می‌توان به خاموش‌سازی BCL11A و فعال‌سازی HbF دست یافت. این مسیر درمانی می‌تواند راهی کم‌هزینه‌تر و در دسترس‌تر از درمان‌های ژنی فعلی باشد.

دستاورد

این مطالعه توانست مکانیسم بنیادی درمان‌های ژنی مبتنی بر CRISPR برای SCD و β-تالاسمی را روشن کند و نشان دهد که اختلال ساختار سه‌بعدی ژنومی می‌تواند منجر به نتیجه درمانی شود. هم‌چنین نشان داده شد که می‌توان از مسیر RNA تقویت‌کننده به‌عنوان گزینه درمانی جایگزین استفاده کرد که ممکن است مقرون‌به‌صرفه‌تر، کمتر تهاجمی و با پیچیدگی کمتر نسبت به درمان کامل ژنی باشد. این یافته‌ها می‌تواند مسیر توسعه درمان‌های جدید، دستیابی به جمعیت وسیع‌تر بیماران و کاهش هزینه‌ها را باز کند.

گام بعدی مطالعه

پیش از آن‌که این روش‌ها به‌صورت گسترده بالینی شوند، لازم است مطالعات بلندمدت‌تر درباره ایمنی، پایداری اثر و عدم بروز پیامدهای جانبی ناخواسته اجرا شود. علاوه بر این، توسعه‌ روش‌های تحویل ایمن الیگونوکلئوتیدهای آنتی‌سنس به سلول‌های هدف، بهینه‌سازی بازده درمان و تعیین دقیق دوز و دوره درمان از جمله مراحل بعدی خواهند بود. همچنین بررسی امکان استفاده از این روش در مقیاس بزرگ، دسترسی در کشورهای با منابع محدود، و هزینه‌کرد مقرون‌به‌صرفه از اهمیت زیادی برخوردار است. در نهایت، ترکیب این رویکرد با سایر فناوری‌های ویرایش ژن و درمان ترکیبی ممکن است به درمان‌هایی با اثربخشی بیشتر و دسترسی بهتر بینجامد.

پایان مطلب/.