Редактирование генома эмбрионов с помощью CRISPR-Cas9 приводит к повреждениям хромосом

Редактирование генома эмбрионов человека на ранних этапах развития с помощью CRISPR-Cas9-системы хоть и выглядит многообещающе, но часто оказывается низкоэффективным и даже вредным. Обеспечить желаемое изменение все еще очень сложно, а нецелевое редактирование может приводить к патологиям.

Уже отмечалась невысокая эффективность метода CRISPR-Cas9 для редактирования эмбрионов. Ученые наблюдали мозаицизм: часть бластомеров оставалась неотредактированной, то есть мутантной, или же возникали новые мутации – делеции или вставки.

В новом исследовании ученые из Великобритании проанализировали работу CRISPR-Cas9-системы, нацеленной на редактирование гена POU5F1, который кодирует фактор плюрипотентности OCT4 и расположен на коротком плече хромосомы 6. Мутации в этом гене ассоциированы с онкологическими заболеваниями.

Ученые исследовали клетки эмбрионов, в которые методом микроинъекций внесли рибонуклеопротеиновый комплекс sgRNA-Cas9, нацеленный на ген POU5F1 (25 образцов), либо только белок Cas9 в качестве контроля (16 образцов). Эти клетки они использовали для цитогенетического, генотипического или транскриптомного анализа, чтобы оценить, насколько часто редактирование человеческих эмбрионов методом CRISPR-Cas9 приводит к повреждению ДНК. Анализ проводили после полногеномной амплификации и секвенирования. Для дополнительного контроля использовали эмбрионы, с которыми не проводили никаких манипуляций (24 образца).

В итоге 8 из 25 образцов с sgRNA-Cas9 имели аномалии на хромосоме 6 рядом с локусом POU5F1 или внутри него. В то же время лишь один контрольный образец с Cas9 имел повреждения на q-плече хромосомы 6, то есть далеко от локуса POU5F1. Двадцать четыре нетронутых образца не имели никаких хромосомных аномалий.

Примерно в 16% образцов ученые обнаружили выпадение или приобретение лишних сегментов в районе локуса POU5F1 и потерю гетерозиготности, охватывающую участки в 4–20 т.п.н.

Полученные данные говорят о том, что для медицинского редактирование клеток зародышевых линий точности CRISPR-Cas9-системы пока недостаточно. Для оценки безопасности редактирования нужны дальнейшие фундаментальные исследования.