Роль гена xist в экспериментальном предотвращении синдрома дауна
Синдром Дауна — тяжелая и неизлечимая болезнь, вызванная присутствием в геноме человека лишней хромосомы. В нормальном человеческом геноме 23 пары хромосом, одну хромосому из пары мы получаем от матери, другую — от отца. Синдром Дауна возникает, когда из-за сбоя в аппарате деления в клетке оказывается не две 21-х хромосомы, а три. Научное название этого заболевания – трисомия по 21-й хромосоме. У больных с синдромом Дауна тяжелые нарушения эндокринной и иммунной систем, интеллектуального развития, нарушение работы сердца и раннее развитие болезни Альцгеймера. Лечения от этой болезни не существует, пока что медики лишь совершенствуют пренатальную диагностику, чтобы выявить синдром Дауна еще до рождения ребенка, причем по возможности неинвазивными методами.
Наука уже довольно далеко продвинулась в исследовании генетически обусловленных заболеваний, и некоторые из них удается лечить, корректируя работу дефектного гена.
Но синдром Дауна — это хромосомное нарушение, лишняя хромосома содержит сотни генов, и скорректировать эту патологию пока не представлялось возможным.
Впервые такую возможность продемонстрировали ученые из Школы медицины Массачусетского университета, правда, пока не в живом организме, а in vitro, в клеточной культуре. Статья, опубликованная 18 июля в журнале Nature, — это настоящий прорыв в биомедицинских технологиях. «Мы надеемся, что наша работа откроет принципиальную возможность терапии больных с синдромом Дауна и приведет в будущем к созданию новой концепции — хромосомной терапии», — сказала профессор Джоанна Лоуренс, ведущий автор исследования.
Ученые нейтрализовали работу лишней 21-й хромосомы, используя естественный механизм подавления, работающий в каждой клетке женского организма. В хромосомном наборе женщин две половые Х-хромосомы, у мужчин — одна Х-хромосома и одна Y-хромосома. Но Х-хромосома содержит обычные гены, которые нужны как женщинам, так и мужчинам, и совершенно не нужно, чтобы у женщин этих генов было вдвое больше.
Но Х-хромосома сама об этом позаботилась: у нее есть свой собственный механизм подавления. В ее состав входит ген XIST, который начинает работать в раннем эмбриональном развитии. РНК с этого гена помечает одну Х-хромосому и модифицирует ее структуру так, чтобы она была неактивна, чтобы находящиеся на ней гены не экспрессировались. Для этого служат эпигенетические механизмы — химические модификации ДНК и белков, не изменяющие последовательности генов, но блокирующие их работу.
Лоуренс и ее коллега Лиза Холл реши позаимствовать эту идею у Х-хромосомы, чтобы использовать этот механизм для подавления ненужной третьей 21-й хромосомы в хромосомном наборе больного с синдромом Дауна. Они взяли клетки-фибробласты пациентки с синдромом Дауна и сначала получили из них индуцированные плюрипотентные клетки.
Затем они приступили к генной инженерии, чтобы вставить в лишнюю 21-ю хромосому ген-выключатель XIST из Х-хромосомы.
Для вырезания и вставки ученые использовали технологию так называемых цинковых пальцев: содержащий цинк фермент-нуклеаза «вырезает» нужный фрагмент и вставляет его в нужное место. Эксперимент оказался удачным — ген XIST, вставленный «цинковыми пальцами» в лишнюю 21-ю хромосому, заработал, и синтезирующаяся с него РНК подавила активность генов на этой самой хромосоме.
В итоге в хромосомном наборе больной клетки осталось две функционирующие 21-е хромосомы, как и в нормальной клетке.
Находящиеся на них гены стали работать на уровне нормы, а не с избытком, который и приводит к тяжелой патологии.
Сами клетки тоже изменились. У стволовых клеток больных синдромом Дауна нарушено нормальное деление и дифференцировка в клетки нервной системы, что и наблюдали исследователи в своем эксперименте. Но когда они «приструнили» лишнюю хромосому, эти клеточные дефекты удалось повернуть вспять.
Впервые в мире злополучную лишнюю хромосому удалось заставить замолчать. Конечно, от этого открытия, сделанного «в пробирке», еще очень далеко до реальной терапии больных с синдромом Дауна. Но ученые хотя бы показали теоретическую возможность исправления хромосомного дефекта.
Это открывает совершенно новые пути для поиска методов лечения синдрома Дауна и других хромосомных болезней.
Рождается совершенно новый подход, который исследователи называют хромосомной терапией (в отличие от генной терапии). «Она использует эпигенетическую стратегию для регуляции работы хромосом, — объясняет Лоуренс. — Мы показали, что это в принципе возможно. Это надежда для миллионов пациентов и их семей во всем мире».
Источник
Далеко не все знают о том, что октябрь – это Всемирный Месяц осведомленности о синдроме Дауна (Down Syndrome Awareness Month). Поэтому всем людям, даже тем, кого напрямую не касается эта проблема, стоит пересмотреть некоторые спорные вопросы и популярные представления окружающих о людях с синдромом Дауна.
Интернет-издание Medical News Today рассказывает о нескольких недавних исследованиях, которые проводились в области изучения синдрома Дауна. В настоящее время многие ученые, научные центры и организации работают над новаторскими исследованиями, в которых изучаются различные подходы, которые смогли бы помочь окружающим лучше понять потребности людей с синдромом Дауна.
Люди с синдромом Дауна рождаются с тремя копиями 21-й хромосомы вместо двух. Эта лишняя хромосома становится причиной когнитивной инвалидности, раннего начала болезни Альцгеймера, повышенного риска развития лейкемии, пороков сердца и нарушений функций иммунной и эндокринной систем.
Краткие сведения о синдроме Дауна:
- Около половины детей с синдромом Дауна рождаются с заболеваниями сердца;
- Для женщины в возрасте 35 лет и старше значительно повышен риск родить ребенка с синдромом Дауна;
- Большинство детей с синдромом Дауна никогда не достигают среднего взрослого роста, так как их физическое развитие идет значительно медленнее.
Хотя большинство исследований, которые до сих пор проводились в области изучения синдрома Дауна, в основном были сосредоточены на понимании механизмов, лежащих в основе проявления симптомов этой болезни, Жанна Лоуренс (Jeanne Lawrence), доктор философии из Медицинской школы Университета штата Массачусетс (University of Massachusetts Medical School), вместе со своей командой попыталась решить вопрос непосредственно с третьей хромосомой, известной как трисомия 21.
Доктор Лоуренс говорит, что до сих пор она никогда не слышала, чтобы кто-то даже рассуждал о таком подходе к синдрому Дауна. Но, как говорит исследователь, для нее вполне естественно пытаться решить вопрос с трисомией 21, потому что в ходе проведения многочисленных клинических консультаций появились некоторые предпосылки, которые указывали на необходимость пересмотреть генетику человека, а также основные эпигенетические причины, чтобы попытаться бороться с этой болезнью.
XIST терапия хромосом
Команда ученых из Университета штата Массачусетс сообщила о своих первых успехах, которых удалось добиться в попытках приглушить дополнительные хромосомы в плюрипотентных стволовых клетках, которые были пожертвованы больными с синдром Дауна. Ученые добились этого путем введения гена РНК в дополнительную копию 21 хромосомы.
Этот ген, который называется XIST, играет большую роль в выключении у самок млекопитающих одной из двух Х-хромосом. Исследователи провели эксперимент в лабораторных условиях и обнаружили, что этот ген также эффективно подавляет все дополнительные хромосомы в стволовых клетках.
Доктор Лоуренс сейчас работает над тем, чтобы вставить ген XIST в трисомные хромосомы эмбриональных стволовых клеток мышей, у которых были смоделированы два вида синдрома Дауна.
Исследователи рассказывают, что это технически сложные эксперименты, поэтому им пришлось столкнуться с некоторыми проблемами, которые связаны с доступом к эмбриональным стволовым клеткам. Тем не менее, как отмечает доктор Лоуренс, ее команда по-прежнему надеется, что XIST терапия поможет исправить патологии, связанные с синдромом Дауна, которые были смоделированы у мышей. Доктор Лоуренс также отмечает, что прежде чем исследователи смогут завершить свою научную работу, этот эксперимент потребует еще достаточно много времени.
Когда ученые впервые поставили перед собой задачу проверить целесообразность такого вида лечения на стволовых клетках, полученных от людей с синдромом Дауна, был большой риск, что эти усилия займут слишком много времени, а добиться успеха, возможно, так и не удастся. Доктор Лоуренс отмечает, что ученые должны быть весьма мотивированными для того, чтобы добиться успеха.
Как утверждают сами ученые, даже в том случае, если XIST терапия докажет свою эффективность, скорее всего, это не приведет к полному излечению людей с синдромом Дауна, тем не менее такая терапия сможет улучшить определенные аспекты состояния больных, поэтому ученым необходимо будет и дальше проводить новые разработки и исследования.
Доктор Лоуренс также интересуется ассоциацией между синдромом Дауна, болезнью Альцгеймера и лейкозом. Синдром Дауна важен сам по себе, но более важно также узнать, как эта болезнь связана с ранним началом болезни Альцгеймера. Изучение этого заболевания у людей с синдромом Дауна поможет также понять, каковы шансы у населения в целом для развития болезни Альцгеймера с возрастом.
Доктор Майкл М. Харполд (Michael M. Harpold), ведущий научный сотрудник Фонда LuMind (LuMind Foundation), говорит, что исследование доктора Лоуренс и ее коллег – это первоклассное исследование и достижения ученых просто впечатляющие.
Доктор Харполд добавляет, что это исследование будет иметь целый ряд потенциально важных исследовательских приложений, которые позволят более глубоко понять все аспекты синдрома Дауна, а также предоставят ученым новые инструменты, которые будут очень полезными для проведения молекулярных и клеточных исследований в лабораторных условиях. В том числе это касается и исследований, которые имеют отношение к познанию других областей, связанных с синдромом Дауна. Все это говорит о целесообразности первичного исследования, которое провела доктор Лоуренс. Любые потенциальные терапевтические подходы к лечению человека, основанные на этом исследовании (поскольку таковое уже имеется), будут доступными только через много лет, но и тогда останется много значительных технических трудностей.
Хотя Фонд LuMind не принимал участия в последнем исследовании, которое повели ученые в Университете штата Массачусетс, но специалисты фонда участвовали в широком спектре других научных исследований, которые были связаны с синдромом Дауна: от режима сна, когнитивных нарушений и до восстановлений нейронных путей.
Новые лекарственные препараты для улучшения когнитивных функций у людей с синдромом Дауна
Доктор Харполд выделяет еще одну область другого исследования, которая на данный момент предоставляет особенно интересные результаты.
Специалисты из Фонда LuMind, принимавшие участие в этих исследованиях, после выявления механизмов, которые способствуют развитию интеллектуальной инвалидности у людей с синдромом Дауна, а также развитию раннего начала болезни Альцгеймера, обнаружили конкретные цели для лекарственных препаратов. Доктор Харполд говорит, что в лаборатории эти препараты показали, что с их помощью можно улучшить когнитивные функции и/или привести к улучшению состояния пациентов у людей с синдромом Дауна, которые также страдают заболеваниями, связанными с нейродегенерацией, такими как болезнь Альцгеймера.
Это исследование включает в себя разработку новой антиамилоидной вакцины для профилактики болезни Альцгеймера у людей с синдромом Дауна. Клинические испытания этого препарата будут начинаться в ближайшее время.
В 2011 году Фонд LuMind сотрудничал также с фармацевтической компанией Roche, в результате чего были проведены клинические испытания нового препарата, который предназначен для снижения когнитивного и поведенческого дефицита у людей с синдромом Дауна. Вторая фаза большого, многонационального исследования была начата ранее в этом году, и доктор Харполд описывает эту работу как фундаментальную и отмечает, что очень рад тому, что в таких знаковых исследованиях наблюдается постоянный прогресс.
IQ, апноэ сна и адаптивное поведение
Доктор Харполд говорит, что сейчас уже есть очень значимые новые исследования, которые провела доктор Джейми Эдгин (Jamie Edgin) вместе с коллегами. Эта научная работа очень важна, так как позволяет более глубоко понять корреляцию между уровнями когнитивных функций и дисфункцией сна, в том числе апноэ сна, у людей с синдромом Дауна.
В своем новом исследовании, которое было опубликовано в 2014 году в журнале «Развитие медицины и детская неврология» (Developmental Medicine and Child Neurology), доктор Эдгин и коллеги получили весьма интересные результаты. Ученые обнаружили, что у детей с синдромом Дауна, которые страдают от апноэ сна, вербальный IQ тест в среднем на девять пунктов ниже, чем у детей с синдромом Дауна, но без апноэ сна.
В своих предыдущих работах ученые рассматривали роль адаптивного поведения в улучшении состояния людей с синдромом Дауна. Обнаружилось, что даже в тех случаях, когда дети с синдромом Дауна имели более низкие баллы IQ, чем среди населения в целом, низкое IQ не обязательно препятствовало их общему благосостоянию.
Доктор Эдгин объясняет, что уровень IQ и адаптивное поведение – это два способа измерения функционального уровня человека с тем, что уровень IQ акцентируется на вербальном обучении, тогда как адаптивное поведение представляет собой более широкое измерение функциональности человека. Адаптивное поведение включает в себя более широкий набор навыков повседневной жизни, в том числе социальные навыки, личные жизненные навыки и способность к общению.
Люди с синдромом Дауна часто имеют трудности с выразительностью речи и вербальной рабочей памятью – это две когнитивные проблемы, которые снижают коэффициента их умственного развития. Тем не менее, люди с синдромом Дауна часто могут преуспеть в решении повседневных жизненных задач, поэтому оценка их адаптивного поведения может быть выше (в среднем), чем оценка уровня IQ. Эта разница в адаптивном поведении может состоять в том, что люди, которые говорят об этом факте, могут иметь в виду, что они описывают характер своего ребенка как «спокойный» или «предупредительный».
Следует также отметить, что диссоциация между IQ и адаптивным поведением – это разница, которая в среднем бывает при изучении любой группы людей с синдромом Дауна, но такой же широкий диапазон изменчивости существует также и между обычными людьми.
Доктор Эдгин – одна из немногих ученых, которые считают, что научные прорывы очень важны, так как именно они позволяют более глубоко понять людей с синдромом Дауна, что в равной степени важно как самим людям с этим заболеванием, так для населения в целом.
Исследователи считают, что только благодаря образованию и расширению пропагандистской работы можно помочь обществу в целом понять сильные и слабые стороны людей с синдромом Дауна. Доктор Эдгин также подчеркивает, что это люди, во-первых, как и все люди, имеют области, в которых они выделяются и бывают счастливыми и успешными, а есть и такие области, в которых они нуждаются в большей поддержке.
Те, кто работает с людьми с синдромом Дауна, или те, кто любит их, должны способствовать просвещению других людей для того, чтобы все смогли преодолеть некоторые распространенные ошибочные представления о людях с синдромом Дауна.
По материалам Medical News Today
Источник
В 2006 году на международном научном симпозиуме, посвященном синдрому Дауна, была учреждена особая дата — Всемирный день людей с синдромом Дауна. Так как его причиной является трисомия по 21 хромосоме, событие приурочили к двадцать первому дню третьего месяца. Редакция N+1 решила разобраться, далеко ли продвинулась медицина в понимании механизма развития симптомов этого синдрома, и можно ли будет в будущем добиться его полного излечения.
Что это за болезнь?
Ученые не зря проявляют повышенный интерес к изучению синдрома Дауна — это заболевание, обусловленное появлением у эмбриона лишней копии 21 хромосомы (как правило, случайным), встречается довольно часто. В 2015 году в мире насчитывалось более пяти миллионов людей с этим диагнозом. Вероятность рождения ребенка с такой хромосомной аномалией увеличивается с 0,1 процента у 20-летних женщин до трех процентов у женщин в возрасте 45 лет. Но большинство больных детей рождается у матерей моложе 35 лет — потому, что пик деторождения приходится на этот возраст. Кроме того, вероятность появления лишних копий хромосом или их фрагментов увеличивается с возрастом и у мужчин, так что отец тоже может внести свой вклад в рождение больного ребенка.
Лишняя хромосома создает множество опасностей для здоровья. По данным Департамента здравоохранения США, половина детей с трисомией по 21 хромосоме страдает врожденным пороком сердца, который требует хирургического вмешательства сразу после рождения. Кроме того, люди с синдромом испытывают проблемы со зрением, включая частое развитие катаракты, в 70 процентах случаев у них развиваются нарушения слуха. Ослабленный иммунитет и подверженность инфекциям сочетаются с повышенным на порядок риском развития лейкозов.
Препарат хромосом человека с трисомией по 21 хромосоме
National Down Syndrome Society
Мышечная слабость, проблемы с позвоночником, расстройства сна, заболевания пищеварительного тракта, снижение функций щитовидной железы — вот неполный список возможных (но необязательных) обстоятельств, с которым могут столкнуться носители лишней копии 21 хромосомы. Одной из важных проблем детей с синдромом Дауна является задержка умственного развития. С возрастом у таких людей значительно повышается риск развития болезни Альцгеймера. Тем не менее, прогресс в медицине привел к тому, что в развитых странах продолжительность жизни людей с этим синдромом в настоящее время составляет 50-60 лет, причем многие из них социально адаптированы и являются полноценными членами общества. Так как большинство сопутствующих медицинских симптомов теперь можно устранить поддерживающей терапией, основной проблемой таких людей остается социальная стигма. Общество оказывает колоссальное давление на матерей таких детей, а возможности для реабилитации и социализации доступны далеко не всем.
История синдрома
Характерные для синдрома Дауна фенотипические черты были обнаружены на лицах статуэток, сделанных 2,5 тысячи лет назад, и это означает, что трисомия не является приметой нашего времени. Трисомия по 21 хромосоме была названа синдромом Дауна в честь врача Джона Дауна, который впервые составил ее клиническое описание в 1866 году (сам Даун, впрочем, назвал синдром «монголизмом» — из-за характерной для больных раскосости глаз). Тем не менее, генетическая причина синдрома была обнаружена французскими учеными только в 1959 году.
Это открытие заставило врачей сформулировать гипотезу «увеличения дозы генов», которая была частично подтверждена биохимическими анализами. Она подразумевает, что нарушения возникают из-за избытка некоторых белков, которые продуцируются с нормальных генов на лишней хромосоме. К «избыточным» были отнесены ферменты окислительно-восстановительного метаболизма, метаболизма углеводов и некоторых кофакторов. Исходя из этого, некоторые исследователи предложили лечить синдром витаминно-минеральными комплексами. В 1960-х годах доктор Генри Теркел (Henry Turkel) утверждал, что разработал комплекс из 48 веществ. Он в течение многих лет давал его своим пациентам, и он, якобы, восстанавливал их интеллектуальные способности. Впоследствии врачи заявляли о пользе терапии на основе витаминов, минералов и тироидного гормона, антиоксидантов и фолиевой кислоты. Тем не менее, никаких клинических испытаний в то время не проводили, и документальных подтверждений эффективности этих комплексов не существует.
Откуда берутся все эти симптомы?
21 хромосома человека (HSA21) — самая маленькая аутосома (неполовая хромосома), тем не менее, она содержит порядка 400 генов, 250 из которых кодируют белки. Исследование экспрессии генов в клеточных линиях с лишней копией HSA21 показало, что только около трети генов, содержащихся на ней, экспрессируются на избыточном уровне. При этом увеличение экспрессии большей части из них отражает увеличение копийности хромосомы (то есть возрастает в полтора раза), а экспрессия семи процентов увеличена более значительно. Именно среди этой порции генов ученые искали причины развития болезненных симптомов.
wikimedia commons
Некоторые гены, попавшие в эту группу, могут быть ответственны за нарушение синтеза и репарации ДНК. Ген COL6A1, необходимый для синтеза определенного типа коллагена, может быть связан с развитием миопатии и нарушений работы сердца. Сверхэкспрессия гена CRYA1, кодирующего один из белков-кристаллинов, формирующих хрусталик, может провоцировать катаракту. Увеличение количества тирозинкиназы, кодируемой геном DYRK1A, и экспрессирующейся в мозге, вероятно, препятствует развитию нервной системы. Оказалось, что большое количество «подозреваемых» сосредоточено в одном большом локусе, который назвали «основным участком, ответственным за развитие синдрома Дауна» (DSCR — Down Syndrome critical region). Тем не менее, для большинства этих генов участие в развитии симптомов заболевания экспериментально не доказано.
С развитием генной инженерии, в изучении большого количества генетически обусловленных заболеваний на помощь ученым приходят мышиные модели. Несмотря на то, что мышиные аналоги генов 21 хромосомы человека разбросаны по трем разным хромосомам, исследователям удалось продублировать большие участки, содержащие десятки нужных генов, и получить линии животных, демонстрирующие «человеческие» симптомы синдрома Дауна. Мыши линии Ts65Dn на сегодняшний день представляют одну из самых популярных моделей исследования этого синдрома. В частности, на этой линии удалось доказать, что в раннем развитии болезни Альцгеймера при синдроме Дауна виновата повышенная экспрессия гена APP, кодирующего предшественник амилоидного белка.
А можно ли это лечить?
На сегодняшний день общепринятой терапии для синдрома Дауна не существует, однако прорабатывается целый ряд подходов. Помимо симптоматического лечения сопутствующих расстройств, таких как порок сердца и нарушение работы щитовидной железы, усилия ученых направлены на поиск препаратов, помогающих восстановить интеллектуальные функции людей с синдромом Дауна. При поиске перспективной терапии первыми подопытными становятся вышеупомянутые мыши.
Умеренное положительное воздействие на обучаемость и память было обнаружено при имплантации модельным мышам в мозг стволовых клеток-предшественников нейронов. Однако говорить о применении на людях этого метода пока преждевременно. Сюда же относится и генотерапия, например, подавление экспрессии упомянутого генаDYRK1A при помощи РНК-интерференции. Этот подход также дал значимые результаты на мышах. Однако подавить активность продукта DYRK1A можно и более простым способом — его природным ингибитором является галлат эпигаллокатехина (EGCG), который в больших количествах содержится, например, в чае.
Множество исследований было посвящено восстановлению функций мозга при помощи воздействия на количество нейромедиаторов, например, гамма-аминомасляной кислоты и серотонина. В испытаниях на животных хорошо себя проявили соли лития, которые ранее использовали для лечения биполярного расстройства. Одним из ярко выраженных биохимических нарушений, сопровождающих практически все ткани больных синдромом Дауна, является окислительный стресс. Эксперименты на мышах показали, что прием антиоксидантов, в частности, витамина Е, нормализует количество нейронов и улучшает рабочую и пространственную память животных.
Самая простая терапия, которая предвещает минимум побочных эффектов — это физическая активность и обогащенная стимулами окружающая среда. На мышах было доказано, что эти условия увеличивают нейрогенез и формирование синапсов, которые и являются показателями развития мозга.
К настоящему времени ряд молекул был проверен и на людях (преимущественно детях и подростках) в проведенных по современным стандартам клинических испытаниях. Ученые оценили эффективность ингибиторов ацетилхолинэстеразы, которые применяются в терапии болезней Альцгеймера и Паркинсона (ривастигмина и донепезила), популярного ноотропа пирацетама, фолиевой кислоты, витамина Е, гормона роста, антагониста глутаматных рецепторов мемантина и компонента чая EGCG. К сожалению, практически все эти препараты никак не улучшили интеллектуальные показатели больных, оцениваемые по специальным тестам. Исключение составил только эпигаллокатехин — небольшое предварительное исследование показало улучшение памяти у детей в результате приема вещества в течение некоторого времени. Вероятно, эта молекула не является безнадежной, и оптимизация протоколов лечения может со временем дать свои плоды.
Несмотря на провальные испытания большинства кандидатов, ученые предполагают, что лечение может быть эффективным, если его начинать еще в утробе матери, в то время, когда мозг еще только развивается. Эта гипотеза снова оправдала себя на мышах, однако до испытаний на беременных женщинах исследователи пока не добрались.
flickr.com / sheepies
А можно ли просто выключить лишнюю хромосому?
Самые радикальные способы лечения синдрома Дауна и других хромосомных нарушений предлагает генная инженерия. Современные биохимические инструменты позволяют как «выключать» лишние гены, так и вставлять новые почти в любое место генома.
Например, исследователи из университета Вашингтона смоглиизбавиться от лишней хромосомы в клетках при помощи популярного у генетиков метода позитивно-негативной селекции. Для этого в хромосому при помощи вирусного вектора сначала вставили кассету, содержащую ген устойчивости к антибиотику и ген фермента синтеза нуклеотидов. На первом этапе ген устойчивости к антибиотику помог отобрать нужные клетки с интегрированной в геном кассетой (позитивная селекция). На втором этапе в ростовую среду к клеткам добавили вещество — предшественник нуклеотидов. Встроенный в клетки фермент превращал его в токсичное вещество, в результате чего клетки, содержащие кассету, погибали — или выбрасывали лишнюю хромосому (негативная селекция).
Другая группа американских ученых предложила более изящное решение для инактивации лишней хромосомы. Исследователи провели аналогию с природным механизмом выключения Х-хромосомы. У женщин в клетках две Х-хромосомы, но работает из них только одна, а другая инактивируется с образованием компактного «клубочка» из ДНК и белков, называемого тельцем Барра. Происходит это с участием гена XIST, с которого считывается длинная некодирующая молекула РНК, обеспечивающая подавление активности всех генов на Х-хромосоме. Исследователи вставили ген XIST при помощи инструмента редактирования генома — распознающей определенную последовательность ДНК нуклеазы — в локус уже известного нам гена DYRK1A. Активность гена XIST привела к тому, что лишняя 21 хромосома «свернулась в клубочек» и образовала неактивное тельце Барра.
Инактивация лишней хромосомы в индуцированных стволовых клетках (trisomy 21 iPS cell), сделанных из клеток соединительной ткани (fibroblast). Инактивация достигается путем интеграции в хромосому гена XIST при помощи нуклеазы ZNF
Jun Jiang et al / Nature 2013
Китайские ученые предложили использовать для уничтожения лишних хромосом технологию CRISPR-Cas9. Для этого в клетки ввели коктейль из направляющих РНК — «затравок» для нуклеазы Cas9, указывающих, где ему резать, и сам Cas9. В результате узнавания множества сайтов белок “покрошил” хромосому на кусочки. Таким образом исследователям удалось с высокой эффективностью избавиться от Y-хромосомы, и с эффективностью порядка 15 процентов — от лишних аутосом, включая седьмую, 14 и 21 хромосомы.
Увы, генные инженеры пока не добрались даже до мышей — все упомянутые эксперименты выполнены на стволовых клетках. Кроме того, методы исправления генома «больных» клеток оставляют вопросы: как «направить» средство редактирования к одной копии хромосомы, в то время как в клетке их три? Что, если интеграция окажется слишком эффективной, и вместо одной выключатся две хромосомы? Даже если мы все-таки захотим применить методы редактирования ДНК к человеку, как обеспечить доставку инструментов во все клетки?
Пока энтузиасты генной инженерии человека предлагают исправлять мутации еще на стадии эмбриона, однако хромосомные нарушения, как правило, не являются наследственными заболеваниями. Если родители захотят зачать ребенка «в пробирке», что в любом случае требуется для редактирования генома, проще будет отобрать здоровый эмбрион еще на стадии оплодотворения.
Таким образом, генная инженерия тоже не обещает перспектив полного излечения людей с синдромом Дауна. Однако одну вполне реализуемую вещь она способна предложить. Как было упомянуто в начале статьи, больные синдромом Дауна в высокой степени подвержены риску развития лейкемии. В то же время, исследователи, которые занимаются иммунотерапией рака, уже научились заменять у пациентов «больные» иммунные клетки на генетически модифицированные (об этом можно прочитать здесь). Таким образом, если взять у человека с синдромом Дауна иммунные клетки, выключить в них лишнюю хромосому и вернуть клетки обратно, одной потенциальной проблемой со здоровьем у человека будет меньше.
Лечить, предотвратить или смириться?
Пока вылечить синдром Дауна не представляется возможным, медицина предоставляет будущим матерям другую возможность — проверить, не является ли плод носителем лишней хромосомы, еще в утробе. Для этого используется пренатальная диагностика, которая делается на разных стадиях беременности. «Традиционные» методы включают в себя ультразвуковую диагностику, определение концентрации набора белковых маркеров в сыворотке крови матери, исследование околоплодных вод или тканей плаценты. Их точность составляет около 80-90 процентов. Самой лучшей диагностикой на сегодняшний день является секвенирование циркулирующей ДНК плода в крови матери. Точность этого метода превышает 99 процентов, к тому же метод является неинвазивным, а значит, наиболее безопасным как для матери, так и для ребенка.
Пренатальная диагностика хромосомных заболеваний, при всей своей надежности и простоте, несет этическую составляющую, ведь за постановкой диагноза более чем в 90 процентов случаев следует прерывание беременности. В то время как большинство медиков убеждены, что это правильный выбор, некоторые специалисты называют такое положение вещей «современной евгеникой».
Притом, что на воспитание ребенка с синдромом Дауна родители тратят гораздо больше ресурсов, чем на воспитание «обычного» ребенка, их усилия часто окупаются. Учитывая, что большинство сопутствующих синдрому заболеваний можно устранить вспомогательной терапией, основной проблемой в социализации таких людей остается интеллектуальное развитие. Тем не менее, в большинстве случаев дети с синдромом Дауна обучаемы, при применении специальных развивающих методик дети превращаются в полноценных членов общества, не являющихся обузой для него. Некоторые люди с этим синдромом закончили университет, являются успешными актерами или музыкантами. Среди них, например, Карен Гаффни — руководитель некоммерческой организации помощи детям с с ограниченными возможностями, или музыканты финской панк-рок группы Pertti Kurikan Nimipäivät (PKN).
Небольшой опрос среди ста семей, проведенный канадским Обществом синдрома Дауна в Британской Колумбии, показал, что только 40 процентов родителей хотели бы вылечить своего ребенка от синдрома, если бы лекарство существовало. 27 процентов родителей сказали, что они не стали бы лечить ребенка — они любят его таким, какой он есть. Это лишний раз напоминает о том, что «люди всякие нужны, люди всякие важны», и при поддержке окружающих каждый может найти свое место под солнцем.
Дарья Спасская
Литература по теме:
Mégarbané, André, et al. 2009. The 50th anniversary of the discovery of trisomy 21: the past, present, and future of research and treatment of Down syndrome // Genetics in Medicine 11.9: p. 611.
Guedj, Fayçal, Diana W. Bianchi, and Jean-Maurice Delabar. 2014. Prenatal treatment of Down syndrome: a reality? // Current Opinion in Obstetrics and Gynecology 26.2: p. 92-103
Источник