Масштабний проект редагування нового гена розгромив хворобу Альцгеймера

Коли мова заходить про хворобу Альцгеймера проти науки, наука програє.

Хвороба Альцгеймера є жорстокою у найпідступніший спосіб. Розлад закрадається в деякі старіючі мізки, поступово з’їдаючи їхню здатність мислити й міркувати, зменшуючи їхнє сприйняття спогадів і реальності. Оскільки населення світу старіє, хвороба Альцгеймера піднімає свою потворну голову з приголомшливою швидкістю. І незважаючи на десятиліття досліджень, у нас немає лікування, не кажучи вже про лікування.

Занадто сильно слабшає? Національний інститут здоров'я (NIH) погоджується. в один із найамбітніших проектів у галузі біології NIH об’єднує дослідників хвороби Альцгеймера та стовбурових клітин, щоб об’єднатися найбільший проект редагування геному коли-небудь задуманий.

Ідея проста: десятиліття досліджень виявили певні гени, які, здається, підвищують ймовірність хвороби Альцгеймера та інших деменцій. Цифри перевищують сотні. Щоб з’ясувати, як кожен зв’язує або впливає на іншого – якщо взагалі – потрібні роки досліджень в окремих лабораторіях. Що, якби вчені об’єдналися, використали спільний ресурс і колективно розв’язали справу про те, чому взагалі виникає хвороба Альцгеймера?

Секретною зброєю ініціативи є індуковані плюрипотентні стовбурові клітини, або iPSC. Подібно до більшості стовбурових клітин, вони мають здатність перетворюватися на що завгодно — на клітинного джина, якщо хочете. iPSC відроджуються зі звичайних дорослих клітин, таких як клітини шкіри. Однак коли вони перетворюються на клітину мозку, вони несуть оригінальні гени свого донора, тобто вони зберігають генетичну спадщину оригінальної людини — наприклад, її ймовірність розвитку хвороби Альцгеймера. Що, якщо ми введемо гени, пов’язані з хворобою Альцгеймера, у ці відроджені стовбурові клітини та поспостерігаємо, як вони поводяться?

Вивчаючи ці iPSC, ми можемо знайти підказки, які ведуть до генетичних причин Альцгеймера та інші деменції, прокладаючи шлях для генної терапії, щоб придушити їх у зародку.

Ініціатива нейродегенеративних захворювань iPSC (iNDI) має намір зробити саме це. Метою проекту є «стимулювання, прискорення та підтримка досліджень, які призведуть до розробки вдосконалених методів лікування та профілактики цих захворювань», — йдеться в NIH. сказав. Усі отримані набори даних будуть відкрито доступні в Інтернеті, щоб будь-хто міг досліджувати та інтерпретувати.

Простою мовою? Давайте разом з усіма нашими новими біотехнологічними суперзірками CRISPR на передньому краї—до спільних зусиль проти хвороби Альцгеймера, щоб нарешті взяти верх. Це момент «Месники, збирайтеся» проти одного з наших найлютіших ворогів — того, хто прагне знищити наш власний розум зсередини.

Тихий ворог

Хвороба Альцгеймера була вперше визнана на початку 1900-х років. Відтоді вчені прагнули знайти причину, яка змушує мозок виснажуватися.

Найвідомішою ідеєю сьогодні є амілоїдна гіпотеза. Уявіть собі фільм жахів у будинку з привидами з привидами, які поступово посилюються. Це амілоїдний жах — білок, який поступово, але тихо накопичується всередині нейрона, «будинку», зрештою позбавляючи його нормальної функції та призводячи до смерті всього, що всередині. Подальші дослідження також виявили інші токсичні білки, які висять поза «будинком» нейронів, які поступово отруюють молекулярних мешканців усередині.

Десятиліттями вчені вважали, що найкращим підходом до боротьби з цими привидами є «екзорцизм», тобто позбутися цих токсичних білків. Проте суди за судами вони зазнавали поразки. Відсоток невдач у лікуванні хвороби Альцгеймера — наразі 100 відсотків — змусив декого назвати лікування «кладовищем мрій».

Цілком очевидно, що нам потрібні нові ідеї.

Введіть CRISPR

Кілька років тому двоє фанатів зайшли в місто. Одним із них є CRISPR, дивовижний генетичний стрілець, який може відрізати дорогу, вставити або замінити ген або два (чи більше). Інший — iPSC, індуковані плюрипотентні стовбурові клітини, які «відроджуються» з дорослих клітин через хімічну ванну.

Обидва разом можуть емулювати Dementia 2.0 у блюді.

Наприклад, використовуючи CRISPR, вчені можуть легко вставити гени, пов’язані з хворобою Альцгеймера або її захистом, в iPSC — або від здорового донора, або від людини з високим ризиком деменції — і спостерігати, що відбувається. Клітина головного мозку схожа на мегаполіс, де кружляють білки та інші молекули. Наприклад, додавання дози генів, що сприяють хворобі Альцгеймера, може заблокувати трафік зброєю, що змусить вчених з’ясувати, як ці гени вписуються в ширшу картину хвороби Альцгеймера. Для кіноманів це все одно, що додати в клітинку ген Годзілли та ген Кінг-Конга. Ви знаєте, що обидва можуть щось зіпсувати, але тільки спостерігаючи за тим, що відбувається в камері, ви можете знати напевно.

Окремі лабораторії випробували цей підхід з моменту винаходу iPSC, але є проблема. Оскільки iPSC успадковують генетичну «базову лінію» людини, вченим у різних лабораторіях дуже важко визначити, чи ген викликає хворобу Альцгеймера, чи це була випадковість через особливий генетичний склад донора.

Новий план iNDI має на меті стандартизувати все. Використовуючи CRISPR, вони додадуть понад 100 генів, пов’язаних із хворобою Альцгеймера та пов’язаними з нею деменціями, в iPSC від різноманітних здорових донорів етнічного походження. Результатом став величезний проект геномної інженерії, що привів до цілої бібліотеки клонованих клітин, які несуть мутації, які можуть призвести до хвороби Альцгеймера.

Іншими словами, замість того, щоб вивчати клітини людей з хворобою Альцгеймера, давайте спробуємо дати нормальні, здорові клітини мозку Альцгеймера, ввівши в них гени, які можуть сприяти розладу. Якщо ви розглядаєте гени як програмний код, тоді можна вставити код, який потенційно викликає хворобу Альцгеймера, у ці клітини за допомогою редагування генів. Виконайте програму, і ви зможете спостерігати, як поводяться нейрони.

Проект складається з двох етапів. Перший зосереджений на клітинах масової інженерії, редагованих за допомогою CRISPR. Другий — це ретельний аналіз отриманих клітин: наприклад, їх генетика, як активуються їхні гени, які типи білків вони несуть, як ці білки взаємодіють і так далі.

«Шляхом створення хвороботворних мутацій у наборі добре охарактеризованих, генетично різноманітних iPSC, проект розроблений для забезпечення відтворюваності даних у різних лабораторіях і для вивчення впливу природних варіацій на деменцію», сказав Доктор Білл Скарнс, керівник відділу клітинної інженерії Джексонівської лабораторії та керівник проекту.

Молот проти хвороби Альцгеймера

iNDI — це така ініціатива, яка можлива лише завдяки нашому нещодавньому розвитку біотехнологій. Створити сотні клітин, пов’язаних із хворобою Альцгеймера, і поділитися з вченими в усьому світі було нездійсненною мрією всього два десятиліття тому.

Щоб було зрозуміло, проект не просто генерує окремі комірки. Він використовує CRISPR для створення клітинних ліній або цілих ліній клітин із геном Альцгеймера, які можуть передаватися наступному поколінню. І в цьому їхня сила: ними можна поділитися з лабораторіями в усьому світі для подальшого вивчення генів, які можуть найбільше вплинути на розлад. Друга фаза iNDI є ще потужнішою, оскільки вона досліджує внутрішню роботу цих клітин, щоб створити «чіт-код» — таблицю того, як поводяться їхні гени та білки.

Разом проект виконує важку роботу зі створення всесвіту пов’язаних з хворобою Альцгеймера клітин, кожна з яких оснащена геном, який може вплинути на деменцію. «Ці типи інтегративного аналізу, ймовірно, призведуть до цікавих і дієвих відкриттів, які жоден підхід не зможе отримати окремо», — пишуть автори. Він надає «найкращий шанс по-справжньому зрозуміти» хворобу Альцгеймера та пов’язані з нею захворювання, а також «обіцяючі можливості лікування».

Зображення Фото: Герд Альтман від Pixabay

Джерело: https://singularityhub.com/2021/04/13/a-massive-new-gene-editing-project-is-out-to-crush-alzheimers/