به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، پژوهشگران در مطالعه‌ای تازه، رویکردی مبتنی بر ویرایش ژنوم را برای اصلاح یکی از اختلالات ارثی سیستم ایمنی بررسی کرده‌اند. رویکردی که در آن به‌جای جایگزینی سلول‌های بنیادی خون‌ساز بیمار با سلول‌های فردی دیگر، تلاش می‌شود نقص ژنتیکی در سلول‌های خود بیمار برطرف شود. این پژوهش  بر استفاده از فناوری ویرایش پرایم (Prime Editing) برای اصلاح جهش‌های ژن GATA2 تمرکز دارد. این ژن نقشی اساسی در تولید و حفظ سلول‌های خونی و ایمنی ایفا می‌کند و اختلال در عملکرد آن می‌تواند به ضعف شدید سیستم ایمنی، نارسایی مغز استخوان و افزایش خطر ابتلا به برخی بدخیمی‌های خونی منجر شود. نتایج آزمایش‌های انجام‌شده روی سلول‌های بنیادی و پیش‌ساز خون‌ساز انسانی نشان می‌دهد که اصلاح این نقص ژنتیکی با ویرایش پرایم امکان‌پذیر است و سلول‌های اصلاح‌شده می‌توانند توانایی بهتری برای استقرار در محیط مغز استخوان داشته باشند. اهمیت این یافته در آن است که درمان بیماری‌های ژنتیکی خون ممکن است از وابستگی کامل به پیوند سلول‌های بنیادی از اهداکننده دیگری فاصله بگیرد و به سمت استفاده از سلول‌های اصلاح‌شده خود بیمار حرکت کند. بااین‌حال، یافته‌های فعلی در مرحله پیش‌بالینی قرار دارند و هنوز نمی‌توان این روش را درمانی تأییدشده برای بیماران دانست.

GATA2؛ ژنی کوچک با نقشی تعیین‌کننده در سلامت خون

ژن GATA2 دستورالعمل ساخت پروتئینی را در اختیار سلول قرار می‌دهد که به‌عنوان یک عامل رونویسی شناخته می‌شود. عوامل رونویسی با تنظیم فعالیت ژن‌های دیگر، تعیین می‌کنند که سلول‌ها چگونه رشد کنند، چه ویژگی‌هایی به دست آورند و عملکرد خود را در بافت‌های مختلف حفظ کنند. پروتئین GATA2 به‌ویژه برای حفظ جمعیت سلول‌های بنیادی خون‌ساز و هدایت مراحل اولیه تولید سلول‌های خونی اهمیت دارد. این سلول‌ها در مغز استخوان قرار دارند و توانایی تولید انواع سلول‌های خونی، از گلبول‌های قرمز و پلاکت‌ها گرفته تا انواع گلبول‌های سفید، را در اختیار دارند. کاهش فعالیت GATA2 می‌تواند این فرایند پیچیده را مختل کند و به کاهش تعداد یا عملکرد برخی از سلول‌های ایمنی منجر شود. کمبود GATA2 معمولاً در اثر وجود یک تغییر بیماری‌زا در یکی از دو نسخه ژن ایجاد می‌شود؛ وضعیتی که در آن مقدار یا عملکرد پروتئین تولیدشده برای حفظ فعالیت طبیعی سیستم خون‌سازی کافی نیست. در حال حاضر، پیوند سلول‌های بنیادی خون‌ساز از اهداکننده دیگر یکی از روش‌های درمانی بالقوه شفابخش برای بیماران مبتلا به کمبود علامت‌دار GATA2 محسوب می‌شود. در این روش، سلول‌های بنیادی اهداکننده پس از طی مراحل آماده‌سازی در بدن بیمار مستقر می‌شوند و می‌توانند به بازسازی سیستم خون‌سازی و ایمنی کمک کنند. با وجود این، پیوند آلوژنیک با محدودیت‌هایی همراه است؛ از جمله دشواری یافتن اهداکننده مناسب، خطر عوارض ناشی از آماده‌سازی بدن، عفونت‌ها و احتمال بروز بیماری پیوند علیه میزبان. شدت بیماری‌های همراه و میزان آسیب واردشده به اندام‌ها نیز بر تصمیم‌گیری درمانی تأثیر می‌گذارند. در برخی بیماران، خطر پیشرفت اختلالات مغز استخوان یا ایجاد بدخیمی‌های خونی، انتخاب زمان مناسب برای مداخله را پیچیده‌تر می‌کند. درمان مبتنی بر اصلاح ژنتیکی سلول‌های خود بیمار، از نظر نظری می‌تواند بخشی از این محدودیت‌ها را کاهش دهد؛ زیرا در این رویکرد، سلول‌های بنیادی از خود بیمار گرفته می‌شوند، نقص ژنتیکی آن‌ها در محیط آزمایشگاه اصلاح می‌شود و سپس سلول‌های دست‌کاری‌شده برای بازسازی سیستم خون‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در چنین شرایطی، احتمال بروز برخی عوارض مرتبط با ناسازگاری سلولی کاهش می‌یابد، هرچند خطرات مربوط به آماده‌سازی بیمار، دست‌کاری سلول‌ها و استقرار آن‌ها همچنان باید به‌دقت بررسی شوند.

ویرایش پرایم چگونه نقص ژنتیکی را اصلاح می‌کند

ویرایش پرایم یکی از فناوری‌های نسبتاً جدید مهندسی ژنوم است که امکان ایجاد تغییرات مشخص در توالی DNA را فراهم می‌کند. این فناوری از یک پروتئین مهندسی‌شده با فعالیت ویرایشگر و یک مولکول راهنمای RNA استفاده می‌کند تا محل موردنظر در ژنوم را شناسایی کرده و تغییر ژنتیکی برنامه‌ریزی‌شده را به آن وارد کند. تفاوت مهم ویرایش پرایم با برخی روش‌های رایج ویرایش ژنوم، از جمله سامانه‌های متداول مبتنی بر CRISPR-Cas9، این است که برای انجام تغییرات موردنظر به ایجاد شکست دو‌رشته‌ای عمدی در DNA وابسته نیست. شکست دو‌رشته‌ای می‌تواند سلول را به فعال‌سازی مسیرهای ترمیم آسیب DNA وادار کند و در شرایطی به حذف‌ها، بازآرایی‌ها یا تغییرات ناخواسته در محل هدف منجر شود. ویرایش پرایم با استفاده از سازوکاری متفاوت، امکان اصلاح برخی جهش‌های نقطه‌ای و تغییرات کوچک توالی DNA را فراهم می‌کند. البته این ویژگی به معنای حذف کامل خطاها یا تضمین ایمنی مطلق نیست؛ زیرا عملکرد فناوری به نوع جهش، طراحی ابزار ویرایش، وضعیت سلول و شرایط آزمایش بستگی دارد. در پژوهش جدید، محققان از این روش برای اصلاح یک حذف هفت‌جفت‌بازی در ژن GATA2 استفاده کردند. تغییری که با ایجاد کمبود عملکرد این ژن ارتباط دارد. هدف آن‌ها بازگرداندن توالی طبیعی ژن و افزایش سهم سلول‌هایی بود که نسخه عملکردی GATA2 را در اختیار دارند.

اصلاح ژنتیکی در سلول‌های بنیادی انسانی

برای ارزیابی این رویکرد، پژوهشگران سلول‌های بنیادی و پیش‌ساز خون‌ساز دارای نشانگر CD34 را از نمونه‌های مرتبط با بیمار بررسی کردند. این جمعیت سلولی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، زیرا بخش مهمی از ظرفیت بازسازی طولانی‌مدت سیستم خون‌سازی به سلول‌های بنیادی موجود در آن وابسته است. اصلاح یک جهش در سلول‌های بالغ و کوتاه‌عمر ممکن است تنها اثری موقت داشته باشد؛ اما اگر بتوان سلول‌های بنیادی واقعی را بدون ازدست‌رفتن توانایی خودنوزایی آن‌ها اصلاح کرد، امکان تولید مداوم سلول‌های خونی سالم فراهم می‌شود. در این مطالعه، بازده ویرایش پرایم در شرایط آزمایشگاهی به حدود ۷۰ درصد رسید. همچنین سهم نسخه‌های عملکردی GATA2 از حدود ۵۰ درصد در وضعیت اولیه به ۷۷ درصد پس از ویرایش افزایش یافت. این ارقام نشان می‌دهند که فناوری مورد استفاده توانسته است تغییر ژنتیکی را با کارایی قابل‌توجهی در جمعیت سلولی هدف ایجاد کند. یکی از یافته‌های مهم مطالعه این بود که سلول‌های بنیادی اصلاح‌شده، در مقایسه با سلول‌های درمان‌نشده، توانایی بیشتری برای استقرار در محیط مغز استخوان نشان دادند. این ویژگی که با اصطلاح پیوندپذیری یا engraftment شناخته می‌شود، از عوامل کلیدی موفقیت درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی است. سلولی که از نظر ژنتیکی اصلاح شده اما توانایی ماندگاری، خودنوزایی و تولید نسل‌های جدید سلولی را از دست داده باشد، نمی‌تواند پایه مناسبی برای بازسازی پایدار سیستم خون‌سازی باشد. به همین دلیل، بهبود استقرار سلول‌ها اهمیت زیستی قابل‌توجهی دارد و نشان می‌دهد که اصلاح GATA2 ممکن است علاوه بر تغییر توالی DNA، بخشی از نقص عملکردی سلول‌های خون‌ساز را نیز برطرف کند. یکی دیگر از بخش‌های قابل‌توجه پژوهش جدید، بررسی روشی به نام PASSIGE بود که از ویرایش پرایم برای تسهیل درج اختصاصی قطعات DNA در ژنوم استفاده می‌کند. در این رویکرد، هدف صرفاً اصلاح یک تغییر کوچک در توالی ژنتیکی نیست، بلکه امکان واردکردن توالی‌های بزرگ‌تر نیز بررسی می‌شود. این قابلیت از نظر درمان بیماری‌های ژنتیکی اهمیت دارد؛ زیرا همه جهش‌های بیماری‌زا را نمی‌توان با یک اصلاح کوچک برطرف کرد و برخی تغییرات ممکن است به درج توالی‌های سالم یا جایگزینی بخش‌های بزرگ‌تری از DNA نیاز داشته باشند. توسعه روش‌هایی که بدون اتکا به شکست دو‌رشته‌ای DNA بتوانند درج هدفمند توالی‌های ژنتیکی را امکان‌پذیر کنند، ممکن است دامنه کاربرد ویرایش ژنوم را گسترش دهد. در زمینه کمبود GATA2، چنین رویکردی می‌تواند از نظر نظری برای رسیدگی به انواع بیشتری از تغییرات بیماری‌زا مفید باشد. بااین‌حال، قابلیت استفاده از این فناوری برای طیف گسترده‌ای از جهش‌ها به بررسی‌های بیشتر درباره دقت درج، اندازه قطعه قابل‌انتقال، پایداری سلول‌ها و احتمال ایجاد تغییرات ناخواسته نیاز دارد. ازاین‌رو، PASSIGE را باید یک راهبرد پژوهشی مکمل دانست، نه روشی که در حال حاضر توانایی درمان همه انواع کمبود GATA2 را اثبات کرده باشد. با وجود نتایج امیدوارکننده، تبدیل ویرایش پرایم به یک درمان بالینی به عبور از چند مرحله مهم وابسته است. نخست باید مشخص شود که سلول‌های اصلاح‌شده پس از استقرار در مغز استخوان، در طولانی‌مدت توانایی تولید سلول‌های خونی و ایمنی را حفظ می‌کنند. همچنین لازم است عملکرد انواع مختلف سلول‌های ایمنی، میزان بازسازی خون‌سازی و احتمال بروز تغییرات ژنتیکی دیررس بررسی شود. از آنجا که کمبود GATA2 با استعداد ابتلا به اختلالات پیش‌سرطانی و بدخیمی‌های خونی ارتباط دارد، پایش کلون‌های سلولی و بررسی احتمال رشد غیرطبیعی برخی جمعیت‌ها اهمیت ویژه‌ای خواهد داشت.

پایان مطلب./