Ученые изучили особенности восстановления ДНК у эмбрионов
Ранние человеческие эмбрионы демонстрируют различные способы восстановления ДНК в зависимости от типа повреждений, возникающих при редактировании генома. Исследование показало, что устранение повреждений одной цепи происходит значительно эффективнее, чем восстановление разрывов обеих цепей. Тем не менее, даже более точные методы редактирования могут приводить к нежелательным генетическим изменениям, что ставит под сомнение их безопасность для репродуктивной медицины. Эту информацию сообщает издание Известия.
Редактирование генома позволяет вносить определенные изменения в последовательность ДНК, однако результат зависит не только от точности инструмента, но и от того, как клетка реагирует на возникшие повреждения. В классической системе CRISPR–Cas9 фермент разрезает обе цепи ДНК в заданном месте, после чего клеточные механизмы должны восстановить молекулу. В ранних эмбрионах этот процесс может привести к потере значительных участков генетического материала.
Исследование также сравнивало, как эмбрионы справляются с повреждениями, вызванными различными инструментами редактирования. «Мы обнаружили, что ранние человеческие эмбрионы эффективно восстанавливают одноцепочечные повреждения ДНК, в то время как восстановление двуцепочечных разрывов на этом этапе развития значительно менее надежно», — отметил первый автор работы Штепан Ержабек.
Ученые проверяли не только различные инструменты, но и методы их доставки. Редактор можно вводить как готовый белок или в виде матричной РНК, по которой клетки производят белок самостоятельно. Сотрудники института Ива Пихова и Михал Долежал участвовали в получении и очистке белковых редакторов для экспериментов.
По словам Долежала, введение редакторов в виде белков оказалось совместимо с нормальным ранним развитием эмбрионов. Один из адениновых редакторов, доставленный в виде белка при оплодотворении, позволил изменить все исследуемые копии целевой последовательности PCSK9. Эмбрионы достигали стадии бластоцисты, и из них удалось получить стволовые клеточные линии с внесенной правкой.
Однако способ доставки оказался критически важным: введение редактора в виде мРНК могло привести к остановке развития. Таким образом, результаты зависели не только от выбранной генетической мишени, но и от свойств инструмента и метода его введения.
Одним из значимых результатов стало получение стволовых клеток из отредактированных эмбрионов шестого дня развития, что предоставило ученым дополнительный материал для глубокого генетического анализа. В раннем эмбрионе количество клеток ограничено, и получение клеточной линии позволяет расширить возможности исследования и детально изучать последствия вмешательства.
Тем не менее, высокая эффективность целевой правки не исключает повреждений в других участках генетического материала. В статье описаны редкие разрывы хромосом в области мишени и хромосомные нарушения. Ученые также зафиксировали изменения соседних оснований и участков вне выбранной мишени. Эти правки могут распределяться между клетками неодинаково, что приводит к генетическому мозаицизму.
Как отмечает Колумбийский университет, непредсказуемое распределение изменений усложняет оценку последствий. При высоком содержании мРНК некоторых редакторов эмбрионы также могли прекращать развиваться. Эти результаты подчеркивают необходимость учитывать несколько показателей одновременно при проверке методов редактирования: точность правки, наличие дополнительных изменений, состояние хромосом и развитие эмбриона.
Хотя исследование показало высокую эффективность редактирования PCSK9 и нормальное развитие эмбрионов на ранних этапах, это не дает оснований для выводов о дальнейшем развитии плода или здоровье ребенка. Для ученых раннее развитие и сохранность генома — это разные вопросы, требующие отдельной проверки.
«Наша цель не заключалась в разработке методов генетической модификации человеческих эмбрионов, а в том, чтобы лучше понять механизмы восстановления ДНК на ранних этапах развития человека», — пояснил Ержабек. Редакторы оснований значительно улучшают точность по сравнению с методами, создающими двуцепочечные разрывы, однако многие вопросы безопасности остаются нерешенными.
В перспективе точечные изменения генома на ранних этапах развития могут быть интересны для предотвращения наследственных заболеваний. Однако вмешательства в эмбрион отличаются от редактирования клеток уже сформировавшегося организма. Национальный институт исследования генома человека США разделяет соматические вмешательства и изменения, которые могут передаваться следующим поколениям.
Новая работа расширяет знания о восстановлении ДНК, но не подтверждает безопасность рождения детей после таких вмешательств. Авторы подчеркивают, что выявленные нежелательные последствия пока препятствуют применению исследованных подходов в репродуктивной медицине.
Основное значение исследования заключается в возможности точнее изучать первые дни человеческого развития. Инструменты редактирования позволяют ученым создавать определенные повреждения и наблюдать, как клетки на них реагируют. В Колумбийском университете рассматривают этот подход как способ лучше понять причины генетических нарушений и прекращения развития эмбрионов. Эти знания могут помочь в повышении надежности и безопасности вспомогательных репродуктивных технологий.
Работа проводилась под надзором этического комитета Колумбийского университета. Директор пражского института Ян Конвалинка отметил, что обсуждение подобных экспериментов необходимо и за пределами научного сообщества, подчеркивая, что цель фундаментальной науки — расширять границы знаний и понимать возможности и ограничения современных технологий.
