Учёные подавили работу лишней Х-хромосомы, которая виновата в синдроме Дауна, — правда, сделать это смогли пока только в культуре человеческих клеток.
Исследователи из Медицинской школы Массачусетского университета (США) нашли способ, как избавиться от трисомии по 21-й хромосоме — генетической аномалии, которая вы знаете как синдром Дауна.
Это не только одно из самых известных генетических заболеваний, но ещё и одно из самых частых (один случай на 700 человек), а также одно из самых тяжёлых — синдром Дауна чреват не только проблемами с психическим развитием, при нём повышается риск развития лейкемии и ранней болезни Альцгеймера, возникают проблемы с сердцем, иммунной и эндокринной системами...
Причина синдрома Дауна в том, что в клетках оказывается лишняя копия 21-й хромосомы. Как известно, при появлении половых клеток сперматозоиды и яйцеклетки получают по одной хромосоме из каждой пары. Но может случиться так, что 21-я пара хромосом при образовании яйцеклеток или сперматозоидов не разделится, и тогда в половой клетке их окажется две вместо одной. И после оплодотворения во всех клетках человека будет по три 21-й хромосомы. Лишняя хромосома — это лишние гены, и проблемы не было бы, если бы эти гены можно было отключить. Однако сам организм сделать это не в состоянии.
Генная терапия в последнее время весьма успешна при исправлении единичных мутаций, когда болезнь связана с неполадками в каком-то одном гене. Но как быть, если таких ненужных, лишних, неправильных генов — целая хромосома? Похожая проблема, кстати, существует в отношении половых хромосом, только тут организм справляется самостоятельно. В женском организме у млекопитающих одна из Х-хромосом молчит — с помощью специального молекулярного механизма уровень активности Х-хромосомных генов уравнивается с их уровнем активности в мужском организме (у которого Х-хромосома только одна). Контроль над деятельностью лишней Х-хромосомы осуществляется с помощью Xist-РНК из класса длинных некодирующих РНК, называемых lnkRNA. Эта РНК помогает регуляторным белкам найти в дебрях ядерной ДНК гены Х-хромосомы и подавить их.
Набор хромосом при синдроме Дауна.
Лизе Холл и Джоан Лоуренс из Массачусетского университета пришла в голову мысль, что этот же природный механизм подавления лишней Х-хромосомы можно использовать для отключения лишней 21-й хромосомы, которая появляется при синдроме Дауна. Свою идею исследователи вместе с коллегами проверили на индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, полученных из фибробластов больных с синдромом Дауна. Плюрипотентные стволовые клетки, напомним, могут превратиться в любую другую клетку, однако, будучи полученными из клеток с лишней 21-й хромосомой, они передадут эту хромосому любым клеткам, в какие бы ни превратились. Х-хромосомный ген, с которого считывается Xist-РНК и который был модифицирован так, чтобы его можно было включить, когда будет нужно, исследователи просто ввели в лишнюю хромосому.
В журнале Nature авторы пишут, что с помощью такой операции действительно удалось выключить лишнюю хромосому и привести общую активность генов 21-й хромосомы в норму. Известно, что клетки с лишней хромосомой делятся не так, как здоровые, и специализация у них происходит с нарушениями. Однако после того как лишнюю хромосому инактивировали, деление пришло в норму, и нервные клетки, полученные из таких стволовых, ничем не отличались от тех, что были сотворены здоровыми стволовыми клетками.
Как долго специалисты будут учиться использовать этот метод в медицине, мы не знаем, но уже сейчас ясно, что его можно применять не только при синдроме Дауна, но и в случае иных хромосомных отклонений.
До сих пор считалось, что в таких ситуациях остаётся одно — вычищать лишние хромосомы из клеток, однако новый способ, кажется, и проще, и эффективнее. Впрочем, и у него могут оказаться подводные камни. Так, например, исследователи пока не могут ответить на такие вопросы: насколько точно срабатывает подавление лишней хромосомы при введении подавляющего Xist-гена; действительно ли все лишние гены оказываются нерабочими; не захватывает ли, чего доброго, Xist-РНК другие, нужные гены, расположенные на правильной, рабочей хромосоме...
