Ученые из Университета Индианы (Indiana University) и их коллеги из Стэнфордского Университета (Stanford University) и Университета Техаса (University of Texas) (США) продемонстрировали работу метода редактирования генома в сперматогониальных стволовых клетках – потенциального мощного инструмента для генотерапии и фундаментальных исследований.
Исследователи завершили эксперименты для проверки концепции, в ходе которых ученые создали разрывы нитей ДНК мутантных генов в клетках мышей, а затем репарировали ДНК посредством метода гомологичной рекомбинации, заменив дефектные сегменты правильными.
Исследование проводилось на сперматогониальных стволовых клетках, дающих начало сперматозоидам и являющихся единственными стволовыми клетками взрослого организма, передающими генетическую информацию следующему поколению. Восстановление дефектов в этих клетках могло бы предотвратить передачу мутаций потомству.
«Мы показали способ внедрения генетического материала в сперматогониальные стволовые клетки, который был значительно усовершенствован по сравнению с продемонстрированным ранее, – говорит Кристина Данн (Christina Dann), научный сотрудник кафедры химии Университета Индианы в Блумингтоне и соавтор исследования, – Методика корректирует мутации, теоретически не затрагивая другие участки в геноме».
Статья «Genome Editing in Mouse Spermatogonial Stem/Progenitor Cells Using Engineered Nucleases» опубликована в журнале PLOS-ONE.
Проблемой для исследователей стал тот факт, что сперматогониальные стволовые клетки, как и многие другие стволовые клетки взрослых людей, очень трудно получить, культивировать и работать с ними. До того, как 10 лет назад были подобраны условия для поддержания и размножения этих клеток, прошли годы интенсивных попыток многих лабораторий.
Первой задачей сотрудников Университета Индианы был поиск способа создания специфических таргетных модификаций мутантных генов без риска развития заболеваний, вызванных случайным включением генетического материала. Исследователи использовали специально созданные ферменты – нуклеазы цинковых пальцев (zinc finger nucleases) и эффекторы нуклеаз, подобные активаторам транскрипции (transcription activator-like effector nucleases) – для создания двунитевых разрывов ДНК и осуществления восстановления генов.
Модифицированные в лаборатории стволовые клетки были трансплантированы в семенники стерильных мышей. Трансплантированные клетки заселяли семенники мышей, что свидетельствовало об их жизнеспособности. Однако попытки скрещивания мышей оказались безуспешными.
«Была ли проблема выработки сперматозоидов результатом аномалий трансплантированных клеток или семенников реципиента, неясно», – комментируют ученые.
В независимом исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Cell Research, ученые из нескольких институтов Китая использовали другой метод редактирования дефектных генов в сперматогониальных стволовых клетках мыши. В экспериментах китайских ученых у мышей после трансплантации успешно воспроизводились клетки, несущие скорректированный ген.
Возможность редактирования генома могла бы помочь в анализе функций генов и процессов деления и дифференцировки сперматогониальных клеток. Разработанные методы можно использовать, к примеру, для проверки функциональной значимости генетических мутаций, связанных с репродуктивными проблемами.
В исследованиях продемонстрированы методы коррекции мутаций, являющиеся более эффективными по сравнению с ранее предложенными. Особенно важно то, что они работают на сперматогониальных стволовых клетках. В то время как генная терапия эффективна в лечении определенных заболеваний, пациенты живут с осознанием того, что они могут передать генетические мутации своим детям. Модификация половых клеток пациента могла бы в некотором будущем справиться с этим риском.
По материалам Indiana University
Оригинальная статья:
Danielle A. Fanslow, Stacey E. Wirt, Jenny C. Barker, Jon P. Connelly, Matthew H. Porteus, Christina Tenenhaus Dann. Genome Editing in Mouse Spermatogonial Stem/Progenitor Cells Using Engineered Nucleases. PLoS ONE, 2014; 9 (11): e112652 DOI: 10.1371/journal.pone.0112652