Utilizarea tehnologiei CRISPR pentru eliminarea cromozomilor suplimentari în sindromul Down

Sindromul Down este cauzat de prezența unui cromozom 21 suplimentar, afectând aproximativ 1 din 700 de nou-născuți. În ciuda progreselor în diagnosticul prenatal și înțelegerii caracteristicilor genetice ale bolii, puține studii au abordat cauza fundamentală a acestei afecțiuni: prezența unui cromozom suplimentar. O nouă abordare, bazată pe tehnologia CRISPR-Cas9, permite eliminarea selectivă a cromozomului extra, deschizând calea către corectarea trisomiei 21 la nivel celular.
Sistemul CRISPR-Cas9 este utilizat pentru editarea precisă a genomului, fiind capabil să elimine chiar și regiuni mari de ADN. Studiile recente au demonstrat posibilitatea eliminării cromozomilor întregi prin inducerea de rupturi specifice pe cromozomii omologi. Totuși, eliminarea aleatorie a oricărui cromozom poate duce la efecte nedorite, deoarece anumite gene prezintă expresie dependentă de părintele de origine. De aceea, este esențială o metodă care să vizeze un anumit cromozom dintre cele trei prezente în celulele cu trisomie 21.

Pentru a asigura eliminarea selectivă a cromozomului vizat, cercetătorii au utilizat o tehnică de fazare a haplotipurilor care determină alăturarea secvențelor ADN pe același cromozom. Astfel, a fost posibilă dezvoltarea unui sistem CRISPR-Cas9 care să vizeze exclusiv un anumit cromozom 21, evitând alterarea celor necesare pentru funcționarea normală a celulei. Studiul s-a concentrat pe celule stem pluripotente induse (iPS) și fibroblaste cu trisomie 21, analizând eficiența eliminării cromozomului suplimentar. Rezultatele cercetărilor au fost publicate în jurnalul PNAS Nexus.

Rezultate

Eficiența și impactul metodei

• Eficiența eliminării cromozomului: S-au utilizat multiple ghiduri ARN (gRNA) pentru a induce rupturi pe cromozomul ales. Eliminarea cromozomială a fost direct proporțională cu numărul de tăieturi induse de Cas9, atingând o rată de corectare a cariotipului de până la 13,1% în cazul celor mai eficiente strategii.
• Compararea eliminării specifice și nespecifice: Sistemul alelă-specific (AS) a demonstrat o eficiență mai mare decât abordările alelă-nonspecifice (ANS), care au eliminat cromozomi la o rată mai scăzută și cu efecte secundare crescute asupra celulelor.
• Impactul asupra expresiei genice: Corectarea cariotipului a determinat restaurarea expresiei genice, în special în procesele implicate în dezvoltarea sistemului nervos. Analiza ARN-seq a relevat o reglare pozitivă a genelor asociate neurogenezei și o scădere a expresiei genelor implicate în metabolism, sugerând o normalizare a fenotipului celular.
• Efectul în celule diferențiate: Metoda a fost testată și pe fibroblaste, demonstrând că eliminarea cromozomului poate fi obținută chiar și în celule terminal diferențiate, deși la o rată mai scăzută comparativ cu celulele stem pluripotente induse.

Concluzii și implicații viitoare

Acest studiu demonstrează pentru prima dată că trisomia 21 poate fi corectată prin eliminarea selectivă a cromozomului suplimentar folosind CRISPR-Cas9, fără a afecta ceilalți cromozomi omologi. Deși eficiența metodei necesită îmbunătățiri pentru aplicabilitate clinică, aceste rezultate deschid perspective importante pentru terapiile genice destinate sindromului Down. Pașii următori includ optimizarea metodei pentru a crește rata de eliminare a cromozomului și explorarea unor strategii alternative pentru reducerea efectelor secundare ale CRISPR-Cas9.

Optimizarea metodei pentru creșterea eficienței și reducerea efectelor secundare în vederea viitoarelor aplicații terapeutice.

Ryotaro Hashizume et al, Trisomic rescue via allele-specific multiple chromosome cleavage using CRISPR-Cas9 in trisomy 21 cells, PNAS Nexus (2025). DOI: 10.1093/pnasnexus/pgaf022