Терапия CRISPR может повредить геном

Новое исследование ТАУ определяет риски, связанные с использованием терапевтических средств CRISPR — инновационного, удостоенного Нобелевской премии метода, который включает в себя расщепление и редактирование ДНК, уже используемого для лечения таких состояний, как рак, заболевания печени и кишечника, а также генетические синдромы.

Исследуя воздействие этой технологии на Т-клетки (лейкоциты иммунной системы), исследователи выявили потерю генетического материала в значительном проценте — до 10% обработанных клеток. Они объясняют, что такая потеря может привести к дестабилизации генома, что может вызвать рак.

Исследование проводилось под руководством д-ра Ади Барзеля из Школы нейробиологии, биохимии и биофизики факультета наук о жизни им. Джорджа С. Уайза ТАУ и Центра передовых методов лечения Дотан, созданного в сотрудничестве с медицинским центром Сураски (Ихилов); д-ра Асафа Мади и д-ра Ури Бен-Давида с Медицинского факультета им. Саклера ТАУ и Центра биоинформатики им. Эдмонда Дж. Сафры. Результаты были опубликованы в ведущем научном журнале Nature Biotechnology.

Риск расщепления

Исследователи объясняют, что CRISPR — это новаторская технология редактирования ДНК — расщепления последовательностей ДНК в определенных местах для удаления нежелательных сегментов, поочередного восстановления или вставки полезных сегментов. Разработанная около десяти лет назад технология уже доказала впечатляющую эффективность в лечении целого ряда заболеваний — рака, заболеваний печени, генетических синдромов и многих других.

Первое одобренное клиническое испытание, использующее CRISPR, было проведено в 2020 году в университете Пенсильвании. Исследователи применили метод к Т-клеткам — лейкоцитам иммунной системы. Взяв Т-клетки от донора, они экспрессировали сконструированный рецептор, нацеленный на раковые клетки, при этом используя CRISPR для разрушения генов, кодирующих исходный рецептор, что в противном случае могло бы заставить Т-клетки атаковать клетки в организме реципиента.

«Терапия CRISPR, в которой ДНК намеренно расщепляется как средство для лечения рака, в экстремальных случаях может фактически способствовать развитию злокачественных новообразований».

В настоящем исследовании ученые стремились выяснить, могут ли потенциальные преимущества терапии CRISPR быть компенсированы рисками, связанными с самим расщеплением, предполагая, что поврежденная ДНК не всегда может восстановиться.

Доктор Бен-Давид и его научный сотрудник Эли Реувени объясняют: «Геном в наших клетках часто ломается по естественным причинам, но обычно он способен восстанавливаться без причинения вреда. Тем не менее, иногда определенная хромосома не может восстановиться сама, и большие участки или даже целая хромосома теряются. Такие хромосомные нарушения могут дестабилизировать геном, и мы часто наблюдаем это в раковых клетках. Таким образом, терапевтические средства CRISPR, в которых ДНК расщепляется преднамеренно как средство для лечения рака, в крайних случаях могут фактически способствовать возникновению злокачественных новообразований».

Чтобы изучить степень потенциального ущерба, исследователи повторили упомянутый эксперимент 2020 года в Пенсильвании, расщепив геном Т-клеток в тех же местах — хромосомах 2, 7 и 14 (из 23 пар хромосом генома человека). Используя современную технологию под названием «секвенирование РНК одиночной клетки», они проанализировали каждую клетку отдельно и измерили уровни экспрессии каждой хромосомы в них.

Значительная потеря генетического материала

В некоторых клетках был обнаружена значительная потеря генетического материала. Например, когда хромосома 14 была расщеплена, около 5% клеток демонстрировали небольшую экспрессию или отсутствие экспрессии этой хромосомы. Когда все хромосомы были расщеплены одновременно, повреждение увеличилось: 9%, 10% и 3% клеток не смогли восстановить разрыв в хромосомах 14, 7 и 2 соответственно. Однако три хромосомы различались по степени повреждения, которое они получили.

«Секвенирование одноклеточной РНК и компьютерный анализ позволили нам получить очень точные результаты», — объясняют д-р Мади и его ассистентка Элла Гольдшмидт, добавляя: «Мы обнаружили, что причиной различий в повреждениях было точное место расщепления на каждой из трех хромосом. В целом наши результаты показывают, что более 9% Т-клеток, генетически отредактированных с помощью метода CRISPR, потеряли значительное количество генетического материала. Такая потеря может привести к дестабилизации генома, что в свою очередь может способствовать развитию рака».

«Мы продвигаем эту высокоэффективную технологию, в то же время предостерегая от ее потенциальных опасностей. Это может показаться противоречием, но как ученые мы очень гордимся нашим подходом, потому что считаем, что следуем самой сути науки: мы не выбираем сторону».

Исследователи не «выбирают чью-то сторону»

Основываясь на своих выводах, исследователи предупреждают, что при использовании терапевтических средств CRISPR следует проявлять особую осторожность. Они также предлагают альтернативные, менее рискованные методы для конкретных медицинских процедур и рекомендуют дальнейшие исследования двух видов потенциальных решений: сокращение производства поврежденных клеток или выявление поврежденных клеток и их удаление до того, как материал будет введен пациенту.

Д-р Барзел и его аспирант Алессио Нахмад подвели итог: «Наша цель в этом исследовании состояла в том, чтобы пролить свет на потенциальные риски при использовании терапевтических средств CRISPR. Мы сделали это, несмотря на то, что осознаем существенные преимущества технологии. На самом деле, в других исследованиях мы разработали методы лечения на основе CRISPR, в том числе многообещающую терапию СПИДа. Мы даже создали две компании — одна использует CRISPR, а другая сознательно избегает этой технологии. Другими словами, мы продвигаем эту высокоэффективную технологию, в то же время предостерегая от ее потенциальных опасностей. Это может показаться противоречием, но как ученые мы очень гордимся нашим подходом, потому что считаем, что это сама суть науки: мы не «выбираем чью-то сторону». Мы рассматриваем все аспекты проблемы, как положительные, так и отрицательные, и ищем на них ответы».