Ученые обнаружили, что клетки человеческих эмбрионов часто неспособны восстанавливать повреждения своей ДНК. Это имеет важные последствия для использования методов редактирования генов для удаления серьезных наследственных заболеваний у эмбрионов, а также для ЭКО в целом.
Представляя исследование на 39-м ежегодном собрании Европейского общества репродукции человека и эмбриологии (ESHRE), доктор Нада Кубикова из Оксфордского университета (Великобритания) сказала: «Редактирование генов может исправить дефектные гены. Этот процесс, который обычно включает в себя сначала разрыв, а затем восстановление цепи ДНК. Наши новые результаты предупреждают, что широко используемые технологии редактирования генов могут иметь нежелательные и потенциально опасные последствия, если они применяются к человеческим эмбрионам».
Ученые обнаружили, что на ДНК эмбриональных клеток можно воздействовать с высокой эффективностью, но, к сожалению, это редко приводит к изменениям, необходимым для исправления дефектного гена. Чаще всего цепочка ДНК разрывается навсегда, что потенциально может привести к дополнительным генетическим аномалиям у эмбриона.
В ходе исследования, одобренного с этической точки зрения, доктор Кубикова и ее коллеги оплодотворили донорские яйцеклетки донорской спермой с помощью интрацитоплазматической инъекции сперматозоидов (ИКСИ) для создания 84 эмбрионов. В 33 эмбрионах они использовали специальную технологию редактирования эмбриона (CRISPR-Cas9) для создания разрывов в двух цепях, составляющих молекулу ДНК. Остальные 51 эмбрион были оставлены в качестве контроля.
Исследователи обнаружили изменения в целевых участках ДНК у 24 из 25 эмбрионов, что указывает на высокую эффективность CRISPR в клетках человеческих эмбрионов. Однако только девять процентов целевых участков были репарированы с использованием клинически полезного процесса репарации, направленной по гомологии. Пятьдесят один процент разорванных цепей ДНК претерпели негомологичное соединение концов, что привело к мутациям, в которых цепи были повторно соединены. Остальные 40% разорванных цепей ДНК восстановить не удалось. Неустраненные разрывы в цепях ДНК в конечном итоге привели к потере или дублированию больших участков хромосомы, простирающихся от места разрыва до конца хромосомы. Аномалии этого типа влияют на жизнеспособность эмбрионов.
Хотя итоги исследования предостерегают от использования редактирования генома у человеческих эмбрионов, ученые получили некоторые положительные результаты, предполагающие, что риски можно снизить, а способность успешно удалять мутации можно увеличить, изменив способ редактирования генома.
Неспособность эмбрионов эффективно восстанавливать повреждения ДНК, выявленная этим исследования, может объяснить, почему некоторые ЭКО-эмбрионы не развиваются. Это понимание может привести к улучшению результатов ЭКО, уточняют ученые.
Далее исследователи будут искать новые способы защиты ранних эмбрионов от повреждения ДНК, что может привести к потенциальным улучшениям в лечении бесплодия. Они также планируют изучить более щадящие методы редактирования генов, которые позволяют избежать разрыва нитей ДНК, с чем эмбрионам может быть легче справиться.
«В будущем такие методы могут дать возможность обращать вспять мутации, от которых страдают семьи на протяжении поколений, предотвращая наследование катастрофических заболеваний», — заключила доктор Кубикова.