Отредактированные клетки – это шаг к изучению дегенеративного неврологического расстройства на модели приматов, которое оказалось неуловимым. Болезнь Паркинсона, которой страдают более 10 миллионов человек во всем мире, постепенно разрушает нервную систему, вызывая характерный тремор, опасную потерю мышечного контроля, сердечную и желудочно-кишечную дисфункцию и другие проблемы.
«Теперь мы знаем, как вставить единственную мутацию, точечную мутацию, в стволовую клетку мартышки», – говорит Марина Эмборг, профессор медицинской физики и руководитель ученых Университета Висконсин-Мэдисон, опубликовавшая свои выводы в феврале. 26 в журнале Scientific Reports. "Это изысканная модель болезни Паркинсона. Это идеальная платформа для тестирования терапии."
Исследователи использовали версию технологии редактирования генов CRISPR для изменения одного нуклеотида – одной молекулы из более чем двух.8 миллиардов пар из них обнаружены в ДНК обыкновенной мартышки – в генетическом коде клеток и дают им мутацию под названием G2019S.
У пациентов с болезнью Паркинсона мутация вызывает аномальную сверхактивность фермента, киназы LRRK2, участвующей в метаболизме клетки. В других исследованиях по редактированию генов использовались методы, при которых клетки одновременно вырабатывали как нормальные, так и мутировавшие ферменты. В новом исследовании впервые были получены клетки, вырабатывающие только ферменты с мутацией G2019S, что упрощает изучение роли этой мутации в заболевании.
«Метаболизм внутри наших стволовых клеток с мутацией не был таким эффективным, как в нормальной клетке, как мы видим при болезни Паркинсона», – говорит Эмборг, работа которого поддерживается Национальным институтом здравоохранения. "Жизнь наших клеток в тарелке была короче. И когда они подвергались окислительному стрессу, они были менее устойчивы к этому."
Мутировавшие клетки имеют еще один недостаток болезни Паркинсона: слабые связи с другими клетками. Стволовые клетки – особенно мощный инструмент исследования, потому что они могут развиваться во множество различных типов клеток, обнаруживаемых по всему телу. Когда исследователи стимулировали свои мутировавшие стволовые клетки к дифференцировке в нейроны, они разработали меньше ветвей для связи и взаимодействия с соседними нейронами.
«Мы можем увидеть влияние этих мутаций на клетки в чашке, и это дает нам представление о том, что мы могли бы увидеть, если бы использовали те же генетические принципы, чтобы ввести мутацию в мартышку», – говорит Дженна Кропп Шмидт, жительница Висконсина. Ученый Национального центра исследований приматов и соавтор исследования. "Точно генетически модифицированная обезьяна позволит нам отслеживать прогрессирование болезни и тестировать новые терапевтические препараты, влияющие на течение болезни."
Эта концепция находит применение не только в исследованиях болезни Паркинсона.
«Мы можем использовать одни и те же генетические методы и применять их для создания других моделей болезней человека на приматах», – говорит Шмидт.
Исследователи также использовали стволовые клетки мартышки для тестирования генетического лечения болезни Паркинсона.
Они урезали часть гена, чтобы заблокировать производство LRRK2, что положительно повлияло на клеточный метаболизм.
«Мы не обнаружили различий в жизнеспособности между клетками с усеченной киназой и нормальными клетками, что очень важно.
И когда мы сделали нейроны из этих клеток, мы фактически обнаружили увеличенное количество ответвлений », – говорит Эмборг. "Этот ген-мишень киназы является хорошим кандидатом для изучения в качестве потенциальной терапии Паркинсона."
Это исследование было поддержано грантами Национальных институтов здравоохранения (R24OD019803, P51OD011106 и UL1TR000427).