Новое открытие может дать ответ на болезненный научный вопрос: как проводить митохондриальную заместительную терапию, новый метод генной терапии, таким образом, чтобы безопасно предотвратить передачу вредных мутаций митохондриальных генов от матери к их детям.
Исследование будет опубликовано в ноябре. 30 в журнале Nature предлагает клиницистам отбирать доноров яйцеклеток, митохондриальная ДНК которых (мтДНК) совместима с митохондриями предков матери. Подобные группы митохондриальной ДНК известны как гаплотипы, каждая из которых представляет собой основные точки ветвления на генетическом генеалогическом древе человека.
"Это исследование предполагает, что мы добьемся наибольших успехов в создании эмбриона, свободного от вызывающих заболевания генетических мутаций, если будем использовать правильную комбинацию гаплотипов," сказал старший автор Шухрат Миталипов, к.D., который руководит Центром эмбриональной клеточной и генной терапии при OHSU.
Заместительная митохондриальная терапия дает надежду женщинам, генетически предрасположенным к передаче мутантных митохондрий, крошечных электростанций почти в каждой клетке тела. Митохондриальная ДНК передается только от матери детям. Мутации могут вызывать ряд потенциально смертельных заболеваний, поражающих органы с высокими энергетическими потребностями, такие как сердце, мышцы и мозг.
Заместительная митохондриальная терапия, которая была одобрена для клинических испытаний в Соединенном Королевстве, включает замену дефектных митохондрий на митохондрии здорового донора. Миталипов ранее был пионером в технике переноса веретена, при которой ядро - или веретено – материнской яйцеклетки переносится в донорскую яйцеклетку, лишенную ядра. Миталипов успешно продемонстрировал эту технику на макаках-резус в 2009 году.
Тем не менее, даже небольшое количество мутантной митохондриальной ДНК, перенесенной с материнским ядром, может быстро реплицироваться по мере развития эмбриона, что может вызвать болезнь, для предотвращения которой была разработана терапия. Сегодняшнее исследование предлагает способ предотвратить передачу мутантных митохондрий от матерей.
Миталипов и его коллеги набрали четыре семьи, в которых есть дети, страдающие синдромом Ли, и одну с нейродегенеративным расстройством под названием MELAS. Они также собрали донорские яйцеклетки у 11 здоровых женщин и проверили их, чтобы подтвердить, что они не несут наследственные патогенные мутации в их мтДНК.
Веретена из яиц-носителей были перенесены в 36 донорских яиц, лишенных их ядер, оплодотворены и культивированы в бластоцисты, а затем в линии эмбриональных стволовых клеток. Наиболее развиты, когда здоровая митохондриальная ДНК донора продолжает доминировать. Однако несколько линий стволовых клеток постепенно вернулись к материнской мтДНК. Поскольку эти линии стволовых клеток продолжали расти в лаборатории, они полностью вернулись к исходной материнской митохондриальной ДНК.
Ученые хотели выяснить, почему.
"В настоящее время отсутствуют исследования эффективности и безопасности ооцитов, полученных от женщин, несущих патогенные мутации мтДНК," сказал соавтор Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, Ph.D., с Институтом биологических исследований Солка в Ла-Хойя, Калифорния. "Наше исследование восполняет пробел."
Исследователи сосредоточили внимание на части мтДНК, известной как D-петля, которая инициирует репликацию всей генетической последовательности. Там они обнаружили полиморфизмы кода ДНК, которые приводят к преимущественной репликации мтДНК матери. Кроме того, некоторые гаплотипы материнской мтДНК дают клеткам-хозяевам преимущество в более быстром росте. Исследователи предлагают критерии соответствия донорской мтДНК, чтобы избежать возврата мутантных митохондрий, чтобы безопасно перенести митохондриальную заместительную терапию в клинические испытания.
"Наше исследование предложило правдоподобную причину предпочтительной репликации определенных гаплотипов мтДНК, которая должна позволить нам сосредоточиться на способах выявления лучших совпадений между донорами и реципиентами," сказал соавтор Дмитрий Темяков, к.D., со Школой остеопатической медицины Университета Роуэн в Стратфорде, штат Нью-Джерси.