Utilizarea CRISPR pentru a elimina cromozomii suplimentari din sindromul Down

Sindromul Down este cauzat de prezența unui cromozom 21 suplimentar, afectând aproximativ 1 din 700 de nou-născuți. În ciuda progreselor în diagnosticul prenatal și înțelegerii caracteristicilor genetice ale bolii, puține studii au abordat cauza fundamentală a acestei afecțiuni: prezența unui cromozom suplimentar. O nouă abordare, bazată pe tehnologia CRISPR-Cas9, permite eliminarea selectivă a cromozomului extra, deschizând calea către corectarea trisomiei 21 la nivel celular.
Sistemul CRISPR-Cas9 este utilizat pentru editarea precisă a genomului, fiind capabil să elimine chiar și regiuni mari de ADN. Studiile recente au demonstrat posibilitatea eliminării cromozomilor întregi prin inducerea de rupturi specifice pe cromozomii omologi. Totuși, eliminarea aleatorie a oricărui cromozom poate duce la efecte nedorite, deoarece anumite gene prezintă expresie dependentă de părintele de origine. De aceea, este esențială o metodă care să vizeze un anumit cromozom dintre cele trei prezente în celulele cu trisomie 21.

Pentru a asigura eliminarea selectivă a cromozomului vizat, cercetătorii au utilizat o tehnică de fazare a haplotipurilor care determină alăturarea secvențelor ADN pe același cromozom. Astfel, a fost posibilă dezvoltarea unui sistem CRISPR-Cas9 care să vizeze exclusiv un anumit cromozom 21, evitând alterarea celor necesare pentru funcționarea normală a celulei. Studiul s-a concentrat pe celule stem pluripotente induse (iPS) și fibroblaste cu trisomie 21, analizând eficiența eliminării cromozomului suplimentar. Rezultatele cercetărilor au fost publicate în jurnalul PNAS Nexus.

Rezultate

• Eficiența eliminării cromozomului: S-au utilizat multiple ghiduri ARN (gRNA) pentru a induce rupturi pe cromozomul ales. Eliminarea cromozomială a fost direct proporțională cu numărul de tăieturi induse de Cas9, atingând o rată de corectare a cariotipului de până la 13,1% în cazul celor mai eficiente strategii.
• Compararea eliminării specifice și nespecifice: Sistemul alelă-specific (AS) a demonstrat o eficiență mai mare decât abordările alelă-nonspecifice (ANS), care au eliminat cromozomi la o rată mai scăzută și cu efecte secundare crescute asupra celulelor.
• Impactul asupra expresiei genice: Corectarea cariotipului a determinat restaurarea expresiei genice, în special în procesele implicate în dezvoltarea sistemului nervos. Analiza ARN-seq a relevat o reglare pozitivă a genelor asociate neurogenezei și o scădere a expresiei genelor implicate în metabolism, sugerând o normalizare a fenotipului celular.
• Efectul în celule diferențiate: Metoda a fost testată și pe fibroblaste, demonstrând că eliminarea cromozomului poate fi obținută chiar și în celule terminal diferențiate, deși la o rată mai scăzută comparativ cu celulele stem pluripotente induse.

Concluzii și implicații viitoare

Acest studiu demonstrează pentru prima dată că trisomia 21 poate fi corectată prin eliminarea selectivă a cromozomului suplimentar folosind CRISPR-Cas9, fără a afecta ceilalți cromozomi omologi. Deși eficiența metodei necesită îmbunătățiri pentru aplicabilitate clinică, aceste rezultate deschid perspective importante pentru terapiile genice destinate sindromului Down. Pașii următori includ optimizarea metodei pentru a crește rata de eliminare a cromozomului și explorarea unor strategii alternative pentru reducerea efectelor secundare ale CRISPR-Cas9.