Генетики за допомогою технології CRISPR/Cas9 знешкодили зайву хромосому в клітинах із трисомією 21, що в людей призводить до появи синдрому Дауна. У цю хромосому ввели ген із жіночої X-хромосоми, одна з яких завжди інактивується в організмі дорослої жінки. Хоча підхід поки випробували лише на клітинах, у майбутньому його сподіваються використовувати для інактивації зайвої хромосоми безпосередньо в організмі пацієнтів. Дослідження опублікували в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Повна карта хромосом людини із синдромом Дауна. Wessex Reg. Genetics Centre / Wellcome Collection
Чому раніше не вдавалося позбутися зайвої хромосоми?
Хоча причина синдрому Дауна відома вже понад 67 років, наразі можливо лише запобігати його появі — наприклад, старшим жінкам рекомендують використовувати яйцеклітини від молодших, адже в постарілих яйцеклітинах вищий ризик неправильного розходження хромосом. Також жінка може зробити аборт, якщо ранній скринінг вказав на наявність синдрому в дитини. У дорослому віці люди з синдромом Дауна більш схильні до низки хвороб і можуть мати когнітивні порушення, тому для них розробляють підтримувальну терапію, наприклад з використанням гормонів або навіть звичайної оливкової олії.
Лікування синдрому Дауна ускладнюється тим, що майже неможливо видалити зайву хромосому з кожної клітини тіла, а також невідомо, які наслідки це матиме для вже сформованого організму. Водночас на зайвій хромосомі з 21-ї пари міститься близько понад 225 генів, і більшість із них вважають залученими у патогенезі хвороби, тож просте вимкнення чи видалення декількох генів, найімовірніше, не допоможе позбутися проявів синдрому Дауна. Тому науковці з Гарвардської медичної школи вирішили «вимкнути» одразу всю зайву хромосому.
Як вдалося вимкнути зайву хромосому в клітинах?
У новому дослідженні науковці зосередилися на гені XIST, який призводить до інактивації однієї з X-хромосом в організмі дорослих жінок, щоб уникнути надмірної активності генів на статевих хромосомах. Раніше дослідники вже намагалися ввести цей ген у хромосому з 21-ї пари з використанням білків-«цинкових пальців», які здатні зв’язуватися з ДНК. Але ефективність такого підходу була надто низькою для використання в клінічній практиці. Тому натомість науковці обрали метод генетичного редагування CRISPR/Cas9, відомий своєю точністю та застосуванням у лікуванні вроджених хвороб.
Щоб збільшити точність методу та видалити саме зайву з трьох хромосом 21-ї пари, науковці спершу виявили унікальні однонуклеотидні заміни, на які й націлили CRISPR/Cas9. Щоб гарантувати, що CRISPR/Cas9 зв’яжеться із правильною послідовністю, дослідники використали чотири РНК, що координували цей процес — дві на потрібному місці хромосоми, дві на самому гені. Також науковці використали фермент від вірусу, який розрізав ДНК і посприяв її кращому зшиванню з новим геном, і додали промоторну послідовність, яка активувала ген лише за присутності доксицикліну.
Ген XIST у хромосомах стовбурових клітин (позначений стрілочками та зафарбований червоним). Lian et al. / PNAS, 2026
Такий підхід випробували на людських клітинах із трисомією по 21-й хромосомі й змогли досягти вбудовування доволі довгої послідовності гена XIST — 14-18 тисяч пар основ — у послідовність ДНК зайвої хромосоми. У ембріональних клітинах успіх введення нового гена досягав 20-40 відсотків, а у стовбурових клітинах — 30 відсотків, порівняно з менш як одним відсотком у методу з «цинковими пальцями». Після введення доксицикліну, що активувало ген XIST, близько 67 відсотків інших генів зайвої хромосоми стали неактивними. У популяції клітин, де лише 20 відсотків мали введений ген, активність 58 відсотків генів на зайвій хромосомі усе одно була пригніченою.
Як дослідження на клітинах допоможе людям із синдромом Дауна?
Самі автори дослідження називають своє відкриття підтвердженням того, що можливо знешкодити зайву хромосому та повпливати на активність ключових генів, які призводять до проявів синдрому Дауна. Зокрема, вони підтвердили блокування одного з генів, що залучений у розвитку хвороби Альцгеймера — більшість людей із синдромом Дауна мають прояви цієї хвороби вже у віці 40 років.
Водночас дослідники підкреслюють, що для практичного застосування технологію потрібно ще адаптувати. Зокрема треба скоротити послідовність гена, адже системи доставки генів за допомогою вірусів не дозволяють вбудовувати в ДНК такі довгі послідовності. Водночас використання саме вірусів може дозволити проводити декілька курсів терапії, щоб досягти блокування небезпечних генів. Можливо, у майбутньому таку терапію адаптують і для боротьби з іншими синдромами, спричиненими трисомією.
Що ще науковцям відомо про цей синдром
✂️ Раніше дослідники показали також, що можна розщепити зайву хромосому просто всередині клітин, але поки метод спрацював лише на 38 відсотків.
🧬 Водночас синдром Дауна — не нове явище, адже наявність трьох хромосом замість двох виявили навіть у дітей з Іспанії, які жили 2600 років тому.
🫂 Також ознаки синдрому Дауна виявили в дитини неандертальців — і схоже, що про неї подбали члени її групи, адже ця дитина дожила до шести- або семи-річного віку.
