Method of genetic correction of sickle cell anemia through recombination of homologues in embryonic stem cells
- Authors: Bersenev A.V.
- Issue: Vol 1, No 3 (2006)
- Pages: 18-19
- Section: Cell technology
- Submitted: 20.02.2023
- Accepted: 20.02.2023
- Published: 15.03.2006
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/256168
- DOI: https://doi.org/10.23868/gc256168
- ID: 256168
Cite item
Full Text
Full Text
Серповидноклеточная анемия (СКА) - аутосомное рецессивное заболевание, причиной которого является мутация в гене р-глобина, в результате чего молекула гемоглобина (Hb) изменяется и нарушается функция переноса кислорода. Заболевание проявляется в первые несколько месяцев жизни, поскольку человеческий фетальный гемоглобин (HbF) обладает сильными «анти-серповидными» свойствами. Около 300 000 человек по всему миру страдают СКА и умирают в детском возрасте.
В модели сингенной трансплантации костного мозга у мышей было показано, что СКА можно лечить методом генной коррекции, трансфецируя гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) геном нормального глобина [1, 2]. В недавней работе, опубликованной в он-лайн версии журнала Blood, исследователями показана возможность полной генетической коррекции СКА методом рекомбинации эмбриональных стволовых клеток (ЭСК). Авторы исследования применили метод генетической коррекции ЭСК, описанный Rideout [3].
Была создана линия трансгенных мышей, ген глобина у которых был заменен на мутантный - человеческий, обусловливающий возникновение СКА. В течение недели после рождения мутантные мыши продолжали синтезированть HbF, однако затем происходило переключение на HbS и наблюдались тяжелые проявления заболевания. Такая модель позволила в точности копировать СКА человека, включая тяжелые признаки поражения со стороны внутренних органов (спленомегалия, очаговые некрозы печени, нефропатия).
Из эмбрионов мутантных мышей с моделью человеческой СКА были выделены эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и подвергнуты лечебной замене генов in vitro. Дефектный ген р-глобина (PS) человека был заменен на нормальную копию гена (РА) в ЭСК. Эффективность замены мутантного гена нормальным составила 14,2% (16 колоний ЭСК из 113). Затем проводили селекцию трансфецированных колоний ЭСК, несущих здоровый ген. После чего «пролеченые» ЭСК пересаживали в бластоцисты. Рожденные химерные самцы скрещивались с самками-гомозиготами по гену нормального глобина человека и гетерозиготами по мутантному гену СКА. Все потомство от таких пар было здоровым. Полная коррекция СКА была подтверждена генотипированием (выявлением замены на нормальный ген) и обнаружением эритроцитов нормальной формы (в отличие от контролей) в кровотоке мышей, полученных от родителей с коррекций СКА. Таким образом, гемопоэтические стволовые клетки, образующиеся из ЭСК, подвергшихся гомологичной рекомбинации, в процессе эмбриогенеза давали начало нормальным эритроцитам, что приводило к излечению анемии и связанной с ней патологии внутренних органов (в отличие от контрольных животных).
Возможно, что применение подобной методики у пациентов с СКА также может привести к коррекции заболевания. В 2002 году лаборатория Jaenisch впервые показала осуществимость такого подхода в модели наследственного иммунодефицита у нокаутных Rag-/- мышей [3]. Таким образом, базируясь на результатах этих двух работ можно предположить, что в будущем возможно создание индивидуальных нормальных гемопоэтических клеток у пациентов с моногенными наследственными дефектами. Такие клетки можно выделить из ЭСК, подвергшихся замене дефектного гена на нормальный в культуре, и в свою очередь, полученных методом переноса ядра клетки-донора самого пациента. Если такой подход будет возможен, то это даст шанс на излечение таких болезней как СКА после трансплантации собственных нормальных гемопоэтических стволовых клеток на фоне тотальной миелоабляции. В целом, технология направленного мутагенеза соматических клеток через рекомбинацию и селекцию ЭСК открывает широкие перспективы в изучении и лечении наследственных генетически обусловленных заболеваний. Примерная схема подхода к коррекции СКА представлена на рисунке.
About the authors
A. V. Bersenev
Author for correspondence.
Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation
References
- Pawliuk R., Westerman K.A., Fabry M.E. et al. Correction of sickle cell disease in transgenic mouse models by gene therapy. Science 2001; 294: 2368-71.
- Puthenveetil G., Scholes J., Carbonell D. et al. Successful correction of the human beta-thalassemia major phenotype using a lentiviral vector. Blood 2004; 104: 3445-53.
- Rideout W.M., Hochedlinger K., Kyba M. et al. Correction of a genetic defect by nuclear transplantation and combined cell and gene therapy. Cell 2002; 109: 17-27.
Supplementary files
