Предложен новый метод терапии митохондриальных заболеваний

Однажды ученые смогут предотвращать передачу митохондриальных заболеваний от матери к ребенку. Приближается момент, когда методы редактирования дефектных яйцеклеток начнут использоваться в клинике. Сейчас исследователи дискутируют о безопасности и этических вопросах применения самых перспективных методов терапии митохондриальных заболеваний, в том числе, о методе объединения ядра материнской яйцеклетки с митохондриями здоровой женщины для получения эмбриона от трех родителей.

В апрельском номере журнала Cell [1] исследовательская команда предложила альтернативный метод терапии митохондриальных заболеваний – нейтрализацию дефектных митохондрий. По мнению некоторых исследователей, данный подход может положить конец этически сомнительной практике создания человеческих эмбрионов, содержащих изменения, которые будут переданы будущим поколениям. (см. статью [2].)

Примерно 1 из 5000 человек в мире страдает заболеваниями, вызванными дефектными митохондриями – органеллами, вырабатывающими энергию в клетке. Дефектные митохондрии также могут осложнять течение заболевания, которое возникло из-за других причин, например, вследствие некоторых типов рака. Чтобы у человека развилось заболевание, около 60-95% митохондрий в клетке должны быть дефектными [3]. По словам Алехандро Окампо (Alejandro Ocampo), специалиста в области молекулярной биологии из Института Биологических Исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies, США), одного из авторов исследования, в большинстве случаев лишь небольшая часть из сотен тысяч митохондрий в яйцеклетке является дефектной.

Окампо и Хуан Карлос Изписуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte), специалист в области биологии развития из Института Биологических Исследований Солка, продемонстрировали, что уменьшение количества дефектной митохондриальной ДНК в яйцеклетке или оплодотворенном эмбрионе может снизить вероятность развития заболевания у взрослого организма. Ученые ввели в клетки фрагмент молекулы РНК, кодирующей фермент эндонуклеазу, способную выявить митохондрии со специфическими мутациями и уничтожить их ДНК.

Окампо и Изписуа Бельмонте проводили эксперименты на яйцеклетках мыши и одноклеточных эмбрионах, которые содержали митохондриальную ДНК от двух различных линий мышей. Они вводили в клетки РНК, созданную таким образом, чтобы с нее синтезировалась эндонуклеаза, которая разрезала ДНК только одной линии животных, а затем имплантировали полученные эмбрионы в суррогатных мышей-самок. Результаты исследования показали, что было уничтожено около 60% митохондриальной ДНК таргетной линии, а рожденные мышата были здоровы.

Во втором эксперименте исследователи соединили мышиные яйцеклетки с человеческими митохондриями, полученными от людей с митохондриальными заболеваниями. Результаты исследования продемонстрировали, что в этих клетках индивидуальные РНК уничтожили 20-50% дефектной митохондриальной ДНК.

Ранние результаты исследования

Метод по-прежнему недоступен для использования в клинике. Во многих странах редактирование зародышевых клеток и эмбрионов человека незаконно и считается неэтичным [4, 5]. Недавно несколько исследовательских групп призвали к введению моратория на проведение подобных исследований, пока не будут разработаны рекомендации, которые очертят юридически и этически приемлемые границы исследований или клинического применения данных методов. Изписуа Бельмонте и Окампо ждут одобрения этических советов, чтобы использовать разработанный метод на клетках человека.

По словам Михала Минцука (Michal Minczuk), специалиста в области молекулярной биологии из Кембриджского Университета (University of Cambridge, Великобритания), даже в случае одобрения метода исследователи должны будут доказать, что он не повредит эмбрион. По мнению ученого, уничтожение большей части митохондриальной ДНК эмбриона может затруднить его имплантацию в матку.

По словам Эрика Шубриджа (Eric Shoubridge), специалиста в области молекулярной генетики из Университета Макгилла в Монреале (McGill University, Канада), сконструировать РНК для отдельных пациентов довольно трудно, поскольку существует большое число мутаций, которые вызывают митохондриальные заболевания.

Разработанный подход позволит не использовать методы создания эмбриона от трех родителей, что подразумевает перенос ядра или митохондрий между яйцеклетками. Это может привести к повреждению клеток. По словам Изписуа Бельмонте, созданный учеными метод может с легкостью применяться в любой клинике, практикующей экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО).

По словам Марси Дарновски (Marcy Darnovsky), директора Центра Генетики и Общества (Center for Genetics and Society, США), новый подход поможет избежать многих проблем, связанных с эмбрионами, полученными от трех родителей, применению которых противостоит возглавляемое ею общество. Дарновски скептически относится к предположению, что эти методы в ближайшее время будут использоваться в клинике, поскольку создание здорового ребенка – это не то же самое, что излечение заболевания, а, следовательно, риски, ассоциированные с этим процессом, выше. А митохондриальное редактирование все же вызывает изменение зародышевой линии.

«Это – скользкая дорожка; если разрешить применение любого метода редактирования, то это откроет ящик Пандоры, поскольку можно будет изменить все», – говорит Шубридж. По словам ученого, если человечество хочет идти по этому пути, то это – этический вопрос.

Перед учеными могут также остаться научные препятствия. По мнению Дугласа Тернбулла (Douglas Turnbull), невролога из Университета Ньюкасла (Newcastle University, Великобритания), который впервые перенес ядра в здоровые донорские яйцеклетки, клетки женщин с большим числом дефектных митохондрий могут не пережить нокаут, поскольку в органеллах останется совсем небольшое число ДНК.

По словам Окампо и Изписуа Бельмонте, сейчас они приобретают бракованные человеческие яйцеклетки и эмбрионы из клиники планирования семьи в Калифорнии и ждут одобрения этического совета. Ученые планируют создать линию стволовых клеток из этих модифицированных клеток, но не собираются выращивать эмбрионы или имплантировать их женщинам.

Типичная яйцеклетка содержит сотни тысяч митохондрий. (фото: Dr. Don Fawcett/Getty)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2015.17379

Литература:
1. Reddy, P. et al. Cell http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.03.051 (2015). 
2. Liang, P. et al. Protein Cell http://dx.doi.org/10.1007/s13238-015-0153-5 (2015).
3. Russell, O. & Turnbull, D. Exp. Cell Res. 325, 38–43 (2014).
4. Lanphier, E. et al. Nature 519, 410–411 (2015).
5. Baltimore, D. et al. Science 348, 36–38 (2015).