Jak zabránit stárnutí buněk při genových úpravách pomocí CRISPR? Nová studie nabízí řešení.
Technologie genových úprav CRISPR/Cas9 je velkým příslibem pro léčbu mnoha nemocí, ale naráží na nečekaný problém: samotný proces úpravy může v buňkách vyvolat stárnutí (senescenci). Nová studie publikovaná v časopise Cell Reports Medicine zkoumá, co tento jev způsobuje, a představuje potenciální metodu, jak mu zabránit.
Dvojsečná zbraň: Přerušení a oprava DNA
Proces genetické úpravy pomocí CRISPR vyžaduje přerušení obou vláken DNA, vložení nového genetického materiálu a následnou opravu DNA buňkou. Právě tento proces zlomu a opravy spouští v buňce obrannou reakci na poškození DNA. Součástí této reakce je aktivace proteinu p53, který může buňku nasměrovat do stavu buněčné senescence, kdy se přestane dělit. K aktivaci p53 navíc přispívají i virové vektory (například běžně používaný AAV6), které se používají k doručení nového genu do buňky.
Úspěšná úprava genu vede k stárnutí buněk
Vědci v rámci studie upravovali lidské kmenové a progenitorové buňky krvetvorby (HSPC) pomocí CRISPR a virového vektoru AAV6. Zjistili, že čím účinnější byla genetická úprava, tím silnější byla zánětlivá reakce a tím více známek senescence buňky vykazovaly (například zvýšené hladiny biomarkerů p16 a SA-β-gal). Tyto buňky vykazovaly známky poškození DNA a zánětu i čtyři dny po úpravě.
Tento jev byl potvrzen i u myší. Když byly upravené lidské buňky vpraveny do imunitně nedostatečných zvířat, rostly pomaleji než kontrolní buňky. Buňky, které byly úspěšně geneticky upraveny, měly vyšší pravděpodobnost, že se stanou senescentními. Navíc tyto upravené kmenové buňky produkovaly jiný poměr imunitních buněk (více B-lymfocytů a méně T-lymfocytů) než kontrolní skupina.
Potenciální řešení: Potlačení zánětu
Vědci se rozhodli proti tomuto zánětlivému a senescenci podporujícímu efektu bojovat. Současně s genetickou úpravou podali buňkám lék anakinra, který je přímým antagonistou zánětlivého faktoru IL-1.
Výsledky byly velmi slibné. Podání anakinry výrazně snížilo počet úspěšně upravených buněk, které vykazovaly známky senescence. Klíčové je, že tato léčba nijak neovlivnila účinnost samotné genetické úpravy.
Vědci testovali i další látky cílící na zánět (SC514) nebo na protein p53 (GSE56). I ty vedly ke snížení senescence, ale na rozdíl od anakinry zvyšovaly riziko nežádoucích mutací (genotoxicitu).
Lepší výsledky s nižším rizikem
Anakinra se ukázala jako nejlepší možnost. Nejenže zabránila stárnutí buněk a podpořila jejich množení po transplantaci do myší, ale navíc snížila míru nežádoucích mutací. Buňky ošetřené anakinrou měly celkově menší mutační zátěž, včetně mutací v genech souvisejících s rakovinou.
Ačkoli budou zapotřebí klinické studie, které by ověřily účinnost tohoto přístupu u lidí, tato zjištění silně naznačují, že předběžné ošetření buněk anakinrou by se mohlo rychle stát standardním postupem při přípravě geneticky modifikovaných buněk určených k transplantaci. Reakce na poškození DNA a související senescence jsou sice nežádoucími vedlejšími účinky genetického inženýrství, ale tato studie ukazuje, že jsou to vedlejší účinky, které lze zmírnit, a to dokonce způsobem, který zvyšuje celkovou bezpečnost terapie.