به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، با توجه به اینکه تاکنون سیستم CRISPR/Cas9اثرات ویرایشی درمانی مثبتی را در مدل‌های موش و سلول‌های انسانی بیماری ALS نشان داده است و حتی به خوبی توانسته است میزان مولکول‌های RNA معیوب و پروتئین‌های کوچکی را که به مرگ سلول‌های عصبی در ALS کمک می‌کنند، کاهش دهد. اینبار نیز محققان از سیستم ویرایش ژن CRISPR/Cas9 برای برای حذف تکرار گسترش ژن C9ORF72، از طریق ایجاد مولکول RNA کپی شده از یک توالی DNA به عنوان الگویی برای تولید پروتئین عمل می‌کند. این مطالعه، با واسطه " CRISPR/Cas9  و بریدن توالی گسترش تکرار هگزانوکلئوتیدی یا جهش‌های C9ORF72 ایجادکننده ALS که شامل تکرارهای غیرعادی توالی DNA است، هم در شرایط invivo و هم در شرایط آزمایشگاهی، توانسته است که جان بیمار را نجات دهد". این مطالعه در Nature Communications منتشر شده است.

اسکلروز جانبی آمیوتروفیک یا ALS

اسکلروز جانبی آمیوتروفیک یا ALS، یک اختلال عصبی پیشرونده است که به سلول‌های عصبی آسیب می‌رساند و باعث ناتوانی می‌شود. این بیماری به‌ویژه نورون‌های حرکتی، سلول‌های عصبی که حرکات ارادی را کنترل می‌کنند، را تحت تأثیر قرار می‌دهد و باعث کوچک شدن و مرگ آنها می‌شود. نورون‌های حرکتی فوقانی پیام‌هایی را از مغز به نخاع می‌فرستند و نورون‌های حرکتی تحتانی پیام‌هایی را از نخاع به عضلات می‌فرستند. با از بین رفتن این سلول‌های عصبی، مغز دیگر قادر به حرکت ماهیچه‌ها یا کنترل حرکت ماهیچه‌ها نیست. در نتیجه عضلات کوچکتر و ضعیف‌تر می‌شوند. در عرض چند سال پس از تشخیص، بیماران ALS توانایی انجام کارهای روزمره مانند بالا رفتن از پله ها، رسیدن به وسایل یا لباس پوشیدن را از دست می‌دهند.

عامل ژنتیکی دخیل در ایجاد بیماری ALS

علل ALS به طور کامل شناخته نشده است، اما برخی از موارد با جهش ژنتیکی مرتبط هستند. جهش در ژنی به نام C9ORF72 شایع ترین علت ژنتیکی ALS است که در حدود 40 درصد موارد خانوادگی و 5 درصد موارد پراکنده یافت می‌شود. جهش‌های ایجاد کننده ALS در C9ORF72 عمدتاً شامل تکرار غیرعادی یک توالی خاص از DNA است که به آن گسترش تکرار هگزانوکلئوتیدی (HRE) می‌گویند، زیرا در ژن، ناحیه‌ای وجود دارد که در آن شش نوکلئوتید (کد ژنتیکی) با توالی  GGGGCC، چندین بار تکرار می شود. در نسخه‌های سالم ژن C9ORF72، حدود دوجین تکرار وجود دارد، اما در جهش‌های ایجادکننده ALS، صدها یا حتی هزاران مورد از این تکرار وجود دارد. HRE ها با تولید پروتئین C9ORF72 تداخل می‌کند و منجر به تشکیل مولکول‌های واسطه RNA سمی و پروتئین‌های کوچک می‌شود که تصور می‌شود همه آنها در پیشرفت ALS نقش دارند.

بکارگیری سیستم ویرایشی CRISPR/Cas9 برای متوقف کردن بیماری ALS

سیستم CRISPR/Cas9 با دستکاری و الگو برداری از سیستم مشابهی که باکتری‎ها برای دفاع از خود در برابر عفونت ویروسی استفاده می‌کنند، توسعه یافت. به طور بسیار ساده، ویرایش ژن CRISPR/Cas9 می‌تواند برای "بریدن" یک منطقه خاص از DNA استفاده شود. این یافته‌ها از این دیدگاه حمایت می‌کنند که روش‌های CRISPR باید به‌عنوان راهبردی برای توقف یا کند کردن پیشرفت بیماری در بیماران [ALS] و به‌طور بالقوه دیگر اختلالات ناشی از دامنه‌های گسترش‌یافته DNA مکرر مورد بررسی قرار گیرد. بنابراین در این مطالعه، محققان یک سیستم CRISPR/Cas9 را برای "برش" HRE در یک نسخه جهش یافته ALS از ژن C9ORF72، بدون تأثیر بر بخش‌هایی از ژن که دستورالعمل هایی برای ساخت پروتئین C9ORF72 ارائه می دهد، توسعه دادند.

مزایای استفاده از ناقل‌های ویروس مرتبط با آدنو (AAV)

برای تحویل سیستم به سلول‌ها، آن را در ناقل‌های ویروس مرتبط با آدنو (AAV) بسته‌بندی کردند. AAV معمولاً در کاربردهای ژن درمانی استفاده می‌شود زیرا می‌تواند به طور مؤثر محموله ژنتیکی را به سلول‌های انسانی برساند و از طرفی با این روش به راحتی دستکاری ژنتیکی در آزمایشگاه  انجام می‌شود و روشی ایمن بوده و باعث ایجاد بیماری قابل توجهی در افراد نمی‌شود. محققان نوشتند: «AAV مزایای زیادی دارد و در حال حاضر به عنوان ایمن‌ترین و مؤثرترین ناقل ژن درمانی برای [مغز و نخاع] شناخته می‌شود، که به‌طور بالقوه اثر درمانی طولانی‌ مدتی پس از یک درمان دارد». با این حال، آنها تأکید کردند که ناقل ویروسی که استفاده کردند «صرفاً یک ابزار تحویل برای یک مکانیسم اثبات ملکرد موثر سیستم کریسپر» بوده است، و خاطرنشان کردند که سایر ابزارهای تحویل احتمالاً برای کاربردهای بالینی مناسب‌تر خواهند بود.

نتایج حاصل از ویرایش ژنومیک

پس از طراحی سیستم و انجام آزمایش‌های اولیه اثبات مفهوم عملکرد موثر سیستم ویرایش ژنتیک در خطوط سلولی، محققان این سیستم را در چندین مدل از ALS آزمایش کردند. ابتدا، در مجموعه‌ای از آزمایش‌های انجام شده در مدل‌های سلولی موش، محققان نشان دادند که این سیستم می‌تواند به طور موثر HRE را از سلول‌های عصبی که دارای جهش ایجاد کننده ALS در C9ORF72 هستند، حذف کند. در این مطالعه نیز نتایج نشان داد که سیستم CRISPR/Cas9 با تولید پروتئین C9ORF72 تداخلی نداشت، اما به طور قابل توجهی تولید مولکول‌های واسطه سمی ساخته شده از HRE را کاهش داد. بنابراین  CRISPR/Cas9 توانست تولید مولکول‌های سمی را کاهش دهد. آزمایش‌های اضافی انجام‌شده در سه مدل موش ALS به طور کلی نتایج ثابتی را به همراه داشت و نشان داد که که سیستم ویرایشی بدون اینکه بر سطح پروتئین C9ORF72 تأثیر بگذارد به طور مؤثر HRE را حذف کرده و تولید واسطه سمی را نیزکاهش داده است.

شایان ذکر است، از آنجایی که سیستم CRISPR/Cas9 نسبتاً بزرگ بود، باید با استفاده از دو بردار AAV جداگانه به موش‌ها تحویل داده شود. تجزیه و تحلیل‌ها نشان داد که بیشتر سلول‌های موش محموله ژنتیکی از هر دو ناقل تحویل داده شده است.

بررسی آزمایش‌ها در سلول‌های عصبی انسان مبتلا به ALS

در آخرین مجموعه آزمایش‌ها، محققان این سیستم را در سلول‌های عصبی انسان مشتق از افراد مبتلا به ALS ناشی از جهش‌های C9ORF72 آزمایش کردند. مطابق با آزمایش‌های موش، نتایج نشان داد که این سیستم می‌تواند تولید مولکول‌های سمی را بدون تداخل با سطح پروتئین C9ORF72 کاهش دهد. در واقع، داده‌ها نشان می‌دهند که این سیستم ممکن است بیان پروتئین C9ORF72 را در سلول‌های انسانی افزایش دهد.

محققان نتیجه گرفتند: «این یافته‌های اثبات مفهوم عملکرد موثر سیستم کریسپر، از این دیدگاه حمایت می‌کنند که روش‌های CRISPR باید به‌عنوان راهبردی برای متوقف کردن یا کند کردن پیشرفت بیماری در بیماران [ALS] و به‌طور بالقوه دیگر اختلالات ناشی از دامنه‌های گسترده DNA مکرر مورد بررسی قرار گیرد.»

پایان مطلب/.