ویرایشگر جدید مبتنی بر کریسپر، ژن‌های خاموش را بدون برش DNA «روشن» می‌کند و مسیری ایمن‌تر برای درمان کم‌خونی داسی‌شکل می‌گشاید

بر اساس یک مطالعه مهم که در نشریه «نیچر کامیونیکیشنز» (Nature Communications) منتشر شد، نسل جدیدی از فناوری کریسپر با موفقیت یک ژن خونساز خفته را در سلول‌های انسانی، بدون ایجاد حتی یک برش در رشته DNA، فعال کرده است.[1]

این پیشرفت که توسط محققان دانشگاه نیو ساوت ولز (UNSW) و بیمارستان تحقیقاتی کودکان سنت جود توسعه یافته، گامی بزرگ رو به جلو در درمان کم‌خونی داسی‌شکل و بتاتالاسمی محسوب می‌شود. دانشمندان با استفاده از یک «ویرایشگر اپی‌ژنتیک» برای حذف ساده نشانگرهای شیمیایی که ژن هموگلوبین جنینی را خاموش می‌کنند، مسیری ایمن‌تر برای یک درمان کارکردی را نشان داده‌اند.[1]

ادعای اصلی در این بسته شواهد این است که دِمتیلاسیون هدفمند—حذف گروه‌های متیل از مناطق خاصی از DNA—می‌تواند خاموش شدن ژن را به طور ایمن و مؤثر معکوس کند، بدون خطرات مرتبط با شکستگی‌های دو رشته‌ای DNA.[1]

برای درک اهمیت این پیشرفت، لازم است به استاندارد مراقبت فعلی نگاهی بیندازیم. در اواخر سال ۲۰۲۳، سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) داروی کاسگوی (Casgevy)، اولین داروی مبتنی بر کریسپر در جهان، را برای درمان کم‌خونی داسی‌شکل تأیید کرد.[2]

کاسگوی با استفاده از آنزیم Cas9 به عنوان «قیچی مولکولی» عمل می‌کند تا ژن BCL11A را برش داده و غیرفعال کند؛ این ژن یک سرکوب‌گر است که به طور معمول تولید هموگلوبین جنینی را اندکی پس از تولد متوقف می‌کند. با شکستن این سرکوب‌گر، این درمان به بدن اجازه می‌دهد تا تولید هموگلوبین جنینی سالم را از سر بگیرد، که بر هموگلوبین معیوب بزرگسالان که باعث داسی‌شکل شدن گلبول‌های قرمز می‌شود، غلبه می‌کند.[2]

با این حال، شواهد نشان می‌دهد که ابزارهای کریسپر نسل اول خطرات ذاتی دارند. ایجاد شکستگی‌های دو رشته‌ای در ژنوم می‌تواند گهگاه منجر به جهش‌های خارج از هدف، حذف‌های بزرگ‌مقیاس ناخواسته یا فعال شدن مسیرهای سرطان‌زا شود. برای یک درمان مادام‌العمر، هرگونه آسیب ژنومی مشخصات خطر بلندمدتی را به همراه دارد.

تیم UNSW و سنت جود این فرضیه را مطرح کردند که می‌توانند به همان نتیجه درمانی—فعال‌سازی مجدد هموگلوبین جنینی—بدون برش دادن DNA دست یابند. رویکرد آن‌ها متکی بر «ویرایش اپی‌ژنتیک» است که نحوه خوانش ژنوم را تغییر می‌دهد، نه اینکه خود کد را عوض کند.[1]

محققان یک پروتئین Cas9 «فاقد فعالیت کاتالیزوری» (dCas9) مهندسی کردند که توانایی خود را برای هدایت شدن به یک مکان دقیق در ژنوم حفظ می‌کند اما قابلیت برش DNA را از دست داده است. آن‌ها این Cas9 غیرفعال شده را به آنزیمی به نام TET1 متصل کردند که به طور طبیعی گروه‌های متیل را از باقی‌مانده‌های سیتوزین حذف می‌کند.[1]

در آزمایشگاه، این تیم سیستم جدید TETv4 را به ناحیه پروموتر ژن گلوبین جنینی (HBG) در سلول‌های انسانی هدایت کرد. شواهد حاصل از این مطالعه تأیید می‌کند که این آنزیم با موفقیت گروه‌های متیل را حذف کرده، ترمزهای شیمیایی را برداشته و اجازه داده است ژن دوباره روشن شود.[1]

این آزمایش همچنین به یک بحث چند دهه‌ای در زیست‌شناسی مولکولی پایان داد. سال‌ها، دانشمندان در مورد اینکه آیا گروه‌های متیل «لنگرهای» فعالی هستند که ژن‌ها را مجبور به خاموش شدن می‌کنند، یا صرفاً «تارهای عنکبوت» غیرفعالی هستند که روی ژن‌های از قبل غیرفعال جمع می‌شوند، بحث می‌کردند.

داده‌های نیچر کامیونیکیشنز شواهد قطعی از علیت ارائه می‌دهد. هنگامی که محققان گروه‌های متیل را حذف کردند، ژن هموگلوبین جنینی فعال شد. هنگامی که آن‌ها به طور مصنوعی گروه‌های متیل را دوباره اضافه کردند، ژن بلافاصله دوباره خاموش شد. نشانگرهای شیمیایی مکانیسم مستقیم کنترل هستند.[1]

شواهد درمانی در حال حاضر مبتنی بر مدل‌های آزمایشگاهی برون‌تنی (ex vivo) است. این تیم با موفقیت تکنیک دِمتیلاسیون را بر روی رده‌های سلولی انسانی نامیرا و اریتروبلاست‌های اولیه انسانی مشتق شده از سلول‌های بنیادی خونساز CD34+ آزمایش کردند.[1]

در این مدل‌های سلول بنیادی، حذف هدفمند گروه‌های متیل با موفقیت بیان هموگلوبین جنینی را فعال کرد و به طور کامل ژن هموگلوبین معیوب بزرگسالان را دور زد. از آنجایی که توالی DNA زیرین هرگز تغییر نکرد، خطر تحریک سرطان‌زایی (oncogenesis) یا درهم‌ریختگی ژنومی خارج از هدف، از لحاظ نظری حذف شد.[1]

اگر این روش به کلینیک منتقل شود، روند کار مشابه ژن‌درمانی‌های فعلی خواهد بود. سلول‌های بنیادی خون بیمار استخراج می‌شوند، به صورت اپی‌ژنتیک در آزمایشگاه ویرایش می‌شوند تا نشانگرهای متیل حذف شوند، و سپس برای تولید گلبول‌های قرمز سالم به مغز استخوان بیمار تزریق می‌شوند.

با این حال، عدم قطعیت آشکاری در مورد دوام این ویرایش باقی مانده است. از آنجایی که نشانه‌های اپی‌ژنتیک پویا هستند و به طور طبیعی نوسان می‌کنند، هنوز ثابت نشده است که آیا حذف گروه‌های متیل برای تمام طول عمر بیمار باقی خواهد ماند یا اینکه ماشین‌آلات خاموش‌کننده طبیعی بدن در نهایت تلاش خواهند کرد تا ژن را دوباره متیله کنند.[1]

فاز بعدی جمع‌آوری شواهد نیازمند آزمایش گسترده بر روی مدل‌های حیوانی برای نظارت بر پایداری بلندمدت تغییرات اپی‌ژنتیک خواهد بود. محققان باید اطمینان حاصل کنند که وضعیت «روشن» در طول هزاران تقسیم سلولی در یک موجود زنده، دائمی باقی می‌ماند.

با وجود این پرسش‌های باز، اثبات مفهوم، پارادایم قدرتمند جدیدی را برای پزشکی ژنتیک ایجاد می‌کند. دانشمندان با اثبات اینکه می‌توان ژن‌ها را به طور ایمن و برگشت‌پذیر از طریق نشانگرهای شیمیایی آن‌ها کنترل کرد، دری را برای درمان طیف وسیعی از اختلالات ارثی بدون نیاز به شکستن رشته DNA گشوده‌اند.