Объединенная команда ученых из Лаборатории стволовых клеток Нью-Йорка (NYSCF) и Медицинского центра Колумбийского университета (CUMC) разработала метод, который может предотвратить наследование митохондриальных заболеваний у детей. Исследование публикуется онлайн в Природе.
Дитер Эгли, доктор философии, и Даниэль Паулл, доктор философии, из лаборатории NYSCF с Марком Зауером, MD и Мичио Хирано, MD, из CUMC продемонстрировали, как ядро клетки может быть успешно перенесено между человеческими яйцеклетками. Это знаковое достижение имеет значительные последствия для тех детей, которые могут наследовать болезни митохондрий.
Митохондрии являются клеточными органеллами, ответственными за поддержание и рост клетки. Они содержат свой собственный набор генов, передаваемых от матери ребенку, и унаследованы независимо от ядра клетки. Хотя митохондриальная ДНК составляет только 37 из более чем 20 000 генов у индивидуума, мутации к митохондриальным генам оказывают вредное воздействие.
Митохондриальные расстройства, связанные с мутациями в митохондриальной ДНК, влияют примерно на 1 из 10 000 человек, в то время как около 1 из 200 человек переносят мутантную митохондриальную ДНК. Симптомы, проявляющиеся чаще всего в детстве, могут привести к замедлению роста, заболеванию почек, мышечной слабости, неврологическим расстройствам, потере зрения и слуха, а также к проблемам с дыханием. Во всем мире ребенок рождается с митохондриальным заболеванием примерно каждые 30 минут, и в настоящее время нет лекарств от этих разрушительных заболеваний.
«Благодаря этому исследованию мы показали, что можно предотвратить наследование митохондриальных расстройств», – сказал Эгли, доктор философии, соавтор исследования и старший научный сотрудник лаборатории NYSCF. «Мы надеемся, что этот метод можно быстро продвинуть в клинику, где исследования на людях могут показать, как использование этого процесса может помочь предотвратить митохондриальную болезнь».
В этом исследовании исследователи удалили ядро неоплодотворенной яйцеклетки и заменили его ядром другой клетки-донора. Результирующая яичная клетка содержала геном донора, но не ее митохондриальную ДНК. Исследователи продемонстрировали, что передача не обнаружила неблагоприятного воздействия на яйцеклетку, что является предпосылкой для клинического перевода. Они достигли этого, понизив температуру яйца до ядерного переноса, новый метод. Предыдущие исследования сообщают о неблагоприятных последствиях примерно в 50% яичных клеток.
Затем исследователи искусственно активировали яйцеклетку с помощью метода партеногенеза и производных линий стволовых клеток из развитой бластоцисты. Эти клеточные линии выращивали более года и генерировали типы взрослых клеток, такие как нейроны, клетки сердца и бета-клетки поджелудочной железы, на которые воздействовала мутантная митохондриальная ДНК. Они обнаружили, что исходные митохондрии донорского генома не обнаруживаются, демонстрируя, что это навсегда устранит митохондриальную ДНК и не позволит будущим поколениям семьи развивать эти болезни.
Существующие варианты лечения для профилактики митохондриальных заболеваний ограничены. Женщина с семейной историей митохондриального заболевания может воздерживаться от рождения детей. Она может альтернативно избираться, чтобы пройти экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) с донорскими яйцами; однако это означает, что ребенок будет генетически не связан с ней. В качестве другого варианта пациенты могут пройти лечение ЭКО и, посредством пренатального скрининга, разрешить клиницистам выбирать из яиц матери те, которые имеют наименьшую вероятность переноса митохондриальных ДНК-дефектов. Однако это не является полностью эффективным процессом скрининга, и ее дети могут по-прежнему страдать от митохондриальных расстройств.
«Женщины, которые несут мутантную митохондриальную ДНК, больше не должны беспокоиться о том, что их дети заболеют. Этот метод может позволить нам предоставить женщинам терапевтический вариант, который предотвратит эти расстройства », – сказал Соуэр, доктор медицинских наук, соавтор доклада и заместитель председателя отдела акушерства и гинекологии и руководитель отдела репродуктивной эндокринологии Колумбийского университета Medical Центр. Зауэр также является программным директором вспомогательного репродукции в Центре репродуктивного ухода женщин.
«Эти результаты олицетворяют цели и стремления Фонда стволовых клеток в Нью-Йорке – ускорить и найти лекарства и предотвратить болезни», – сказала Сьюзан Л. Соломон, генеральный директор Фонда стволовых клеток в Нью-Йорке. «Это исследование подчеркивает важность междисциплинарного сотрудничества, в котором тесные партнерские отношения между исследователями и клиницистами позволяют достичь огромных успехов, которые ранее были невозможны».
«Мы часто знаем слишком поздно, что пациент рискует передать несовершеннолетние митохондрии своим детям. Это абсолютно разрушительно для пациента и ее семьи », – сказал Хирано, доктор медицинских наук, профессор неврологии и содиректор клиники Ассоциации мышечной дистрофии взрослых Медицинского центра Колумбийского университета, где он видит пациентов с митохондриальной болезнью. «Эта новая методика предлагает эффективное решение, гарантируя, что в яйцеклетках присутствуют только здоровые митохондрии». Ученые планируют перейти к клиническому применению с использованием этой техники. Следующие шаги включают в себя производство большего количества клеток, свободных от митохондрий, и формирование здорового потомства в животной модели.
Исследование было проведено в Нью-Йоркской лаборатории стволовых клеток в Манхэттене и в сотрудничестве с клиниками и исследователями медицинского центра Колумбийского университета.