تصحیح ژنتیکی سلول های بنیادی مزانشیمی بواسطه TALEN هدف قرار دهنده ژن GDF5
تاریخ انتشار: جمعه 27 بهمن 1396
| امتیاز:
سلول های بنیادی و سایر انواع سلول های مربوطه ممکن است جایگزین بالقوه ای برای درمان اختلالات ژنتیکی مختلفی باشند که در حال حاضر با رویکردهای موجود قابل درمان نیستند. ریکاوری عملکردی سلول ها می تواند از طریق تمایز جهت دار یا دستکاری ژنتیکی القا شود. در این مطالعه، سلول های بنیادی مزانشیمی(MSCs) از بیماران مبتلا به استئوآرتریت(OA) که ناقل یک پلی مورفیسم تک نوکلئوتیدی دارای عملکرد(SNP rs143383, C/T transition) در ژن فاکتور رشد و تمایز5(GDF5)بودند بدست آمد. پلی مورفیسم تک نوکلئوتیدی مذکور موجب کاهش بیان GDF5 می شود و بنابراین مستعد شدن به استئوآرتریت را افزایش می دهد. با هدف تصحیح ژن معیوب، یک جفت نوکلئاز افکتور شبه فعال کننده رونویسی(TALENs) برای تسهیم DNA پیرامون لوکوس جهش یافته طراحی شد و با یک DNA مکمل تک رشته کوتاه برای جایگاه تسهیم کوپل شد. به دنبال تشکیل کلونی سلولی در آزمایشگاه و انتخاب آن ها، دو کلونی سلول بنیادی مزاشیمی تصحیح شده به صورت ژنتیکی از بین 142 کلون انتخاب شدند. سلول های بنیادی مزانشیمی القا شده و به کندروسیت ها تمایز یافتند. در نتیجه، کندروسیت های تصحیح شده از نظر ژنتیکی مورفولوژی طبیعی و سطوح پایینی از آپوپتوز را در مقایسه با سلول های ناقل SNP نشان دادند. در سلول های کشت شده، ترشح ماتریکس متالوپروتئینازها سرکوب شد و مهار کننده متالوپپتیداز TIMP1 بوسیله تصحیح موتاسیون افزایش یافت. علاوه براین، بیان ژن های هدف GDF5، ژن های مربوط به زنده مانی سلولی و ژن های تخریب کننده ماتریکس سلولی در سلول های تصحیح شده در مقایسه با سلول های ناقل موتاسیون به سطح طبیعی برگشت که نشان دهنده ریکاوری عملکردی این کندروسیت های تصحیح شده بود. مطالعه حاضر نشان داد که تصحیح ژنتیکی به واسطه TALEN می تواند برای تصحیح ژن ها در سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از بافت چربی بیماران مبتلا به استئوآرتریت استفاده شود و ممکن است پتانسیل بالینی داشته باشد.
Int J Mol Med. 2018 Jan 30. doi: 10.3892/ijmm.2018.3442. [Epub ahead of print]
Genetic correction of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells mediated by TALEN targeting the GDF5 gene.
Li B1, Zhang Y1, Li M1, Zhao X1, Xie H1, Guo X1, Wang F1, Xia H1, Chen B2.
Abstract
Stem cells and other associated cell types may be a potential alternative to treat various genetic disorders that currently do not benefit from traditional approaches. Functional recovery of cells could be induced via directional differentiation or genetic manipulation. In this study, mesenchymal stem cells (MSCs) were obtained from a patient with osteoarthritis (OA) carrying a functional single‑nucleotide polymorphism (SNP rs143383, C/T transition) within the 5'‑UTR of growth and differentiation factor 5 (GDF5) gene. The SNP causes GDF5 expression to be reduced and thus increases OA susceptibility. Aiming to correct the dysfunctional gene, a pair of transcription activator‑like effector nucleases (TALENs) were designed to cleave the DNA around the mutated locus, coupled with a short single stranded DNA complementary to the cleavage site. Following in vitro cell colony formation and selection, two genetically corrected MSC colonies were identified out of a total of 142. These MSCs were induced and differentiated into chondrocytes. As a result, genetically corrected chondrocytes exhibited normal morphology and lower levels of apoptosis compared with cells carrying the SNP. In cultured cells, the secretion of matrix metalloproteinases was suppressed and TIMP metallopeptidase inhibitor 1 was increased by correction of the mutation. Furthermore, the expression of GDF5 target genes, cell vitality‑associated genes and extracellular matrix degrading genes were returned to normal levels in corrected cells compared with mutation‑carrying cells, indicating the functional recovery of these corrected chondrocytes. The present study demonstrated that TALEN‑mediated genetic correction can be used to edit genes in adipose‑derived MSCs from patients with OA and may have clinical potential.
PMID: 29393424