Neue Ergebnisse zu erleichtern früheren Bedenken, dass Gen - Bearbeitungstechniken könnten unerwünschte Mutationen mit Stammzellen hinzufügen

Die Fähigkeit, für einen anderen in einer Reihe von lebenden Stammzellen Gerät, um ein Gen nur aus Science-Fiction zur Realität in diesem Jahrzehnt überschritten. Wie bei jeder neuen Technologie , bringt es neben den Chancen - die Hoffnung auf die Festsetzung krankheitsverursachende Gene beim Menschen , zum Beispiel - sowie Fragen und Sicherheitsbedenken . Nun haben Salk Wissenschaftler eine jener Bedenken zur Ruhe setzen : mit Gen - Bearbeitungstechniken an Stammzellen nicht die Gesamt Auftreten von Mutationen in den Zellen zu erhöhen. Die neuen Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Cell Stem Cell veröffentlicht .

" Die Fähigkeit, die DNA von Stammzellen genau ändern hat sich stark beschleunigt die Forschung an menschlichen Krankheiten und Zelltherapie ", sagt Senior-Autor Juan Carlos Izpisua Belmonte , Professor in Gene Expression Laboratory Salks . " Um erfolgreich zu übersetzen , diese Technologie in die Klinik , müssen wir zunächst die Sicherheit dieser modifizierten Stammzellen , zu hinterfragen , wie die Genomstabilität und Mutationslast . "

Wenn Wissenschaftler wollen die Sequenz eines DNA-Abschnitt in den Zellen ändern - entweder zu Forschungszwecken oder um eine genetische Mutation für therapeutische Zwecke zu beheben - sie haben ihre Wahl zwischen zwei Methoden . Sie können eines manipulierten Virus verwenden, um den neuen Gens in eine Zelle zu liefern ; die Zelle integriert dann die neue DNA-Sequenz anstelle der alten. Oder können die Wissenschaftler verwenden , was als benutzerdefinierte gezielte Nukleasen wie TALEN Proteine, die DNA an jeder gewünschten Stelle geschnitten bekannt. Forscher können die Proteine ​​zu verwenden, um ein Gen, sie ersetzen möchten geschnitten , dann fügen Sie ein neues Gen in den Mix. Natürlichen Reparaturmechanismen der Zelle wird das neue Gen anstelle einfügen.

Zuvor hatte Belmontes lab die Verwendung modifizierter Viren genannt helferabhängigen Adenovirus-Vektoren ( HDAdVs ) die Genmutation, Sichelzellenkrankheit , einer der schweren Bluterkrankungenin der Welt verursacht korrigieren voran. Er und seine Mitarbeiter verwendet HDAdVs , das mutierte Gen in eine Leitung von Stammzellen mit einem mutierten freie Version zu ersetzen , wodurch Stammzellen, die theoretisch in Patientenknochenmarkinfundiert werden kann , so dass ihre Körper gesunde Blutzellen zu schaffen.


Die neue Studie zeigt , dass Gen - Bearbeitungstechnologien sind die auf ihre Ziele und nicht einführen schädlichen Mutationen , den Weg für die Entwicklung sicherer Therapien in der Klinik. Das linke Feld zeigt unförmige Kern Umschläge (rot) von induzierten pluripotenten Stammzellen aus Zellen mit Parkinson-Krankheit (DNA in blau) abgeleitet . Das rechte Bild zeigt ähnlich induzierten Zellen , die Gen - bearbeitet , um die Zellen wieder herzustellen gewesen .
Bildnachweis: Foto : Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

Bevor derartige Technologien auf den Menschen übertragen , obwohl, wollte Forscher wie Belmonte zu wissen , ob es Risiken der Bearbeitung der Gene in Stammzellen. Obwohl beide gemeinsamen Gen - Bearbeitungstechniken wurde gezeigt, daß eine genaue auf die Veränderung den rechten Abschnitt der DNA zu sein , besorgt Wissenschaftler das Verfahren noch die Zellen noch instabiler und neigen zu Mutationen in nicht verwandten Genen stellen - wie jene , die Krebs verursachen können.

" Wie Zellen in Stammzellen umprogrammiert , neigen sie dazu, viele Mutationen ansammeln ", sagt Mo Li, ein Postdoctoral Fellow in Belmonte Labor und ein Autor der neuen Papier. " So können die Leute natürlich Sorgen , dass jeder Prozess, den Sie mit diesen Zellen in vitro durchzuführen - einschließlich Gen- Bearbeitung - . Vielleicht noch mehr Mutationen erzeugen "

Um herauszufinden, ob dies der Fall war zu finden , wandte sich Belmonte Gruppe , in Zusammenarbeit mit BGI und dem Institut für Biophysik , Chinesische Akademie der Wissenschaften in China, zu einer Linie von Stammzellen , die das mutierte Gen , die Sichelzellanämie verursacht. Sie bearbeitet die Gene von einigen Zellen mit einer von zwei HDAdV entwirft, bearbeitet anderem mit einer von zwei TALEN Proteine ​​und halten den Rest der Zellen in Kultur ohne sie zu bearbeiten . Dann werden sie vollständig sequenziert das gesamte Genom jeder Zelle aus den vier Bearbeitungen und Kontrollexperiment .

Während alle Zellen gewonnen einen niedrigen Pegel von Zufalls Genmutationen während der Experimente wurden die Zellen , die Gen - Bearbeitung unterzogen worden war - sei es durch HDAdV - oder TALEN basierte Ansätze - hatten keine Mutationen mehr als die Zellen in Kultur gehalten .

" Wir waren angenehm überrascht von den Ergebnissen ", Keiichiro Suzuki, ein Postdoctoral Fellow in Belmonte Labor und ein Autor der Studie , sagt . "Die Leute haben Tausende von Mutationen während iPSC Umprogrammierung eingeführt gefunden. Wir haben weniger als hundert Einzel-Nukleotid- Varianten in allen Fällen. "

Die Feststellung , Li fügt , bedeutet nicht zwangsläufig, dass es keine Risiken , um mit Stammzellen mit bearbeitet Gene , aber dass der Bearbeitungsprozess macht nicht die Stammzellen nicht weniger sicher.

" Wir schließen daraus, dass das Risiko einer Mutation ist nicht von Natur aus , um Gen- Bearbeitung verbunden ", sagt er . " Diese Zellen die gleichen Risiken verbunden als mit einer anderen Zelle oder Zellen für die Gentherapie manipuliert. " Er fügt hinzu , dass zwei andere Papiere in der gleichen Ausgabe veröffentlicht unterstützt ihre Ergebnisse (eine von der Johns Hopkins University und einen von der Harvard University und Mitarbeiter ) .

Die Belmonte Gruppe plant weitere Studien , ob Gen - Reparatur in anderen Zelltypen anzusprechen, mit anderen Ansätzen , oder andere Zielgenekönnten mehr oder weniger wahrscheinlich zu unerwünschten Mutationen führen kann. Denn jetzt, hoffe, dass sie ihre Ergebnisse zu fördern , die auf dem Gebiet zu halten verfolgen Gen - Bearbeitungstechniken als potenzieller Weg zu genetisch bedingten Krankheiten in Zukunft zu behandeln.