CRISPR: korak ka terapiji trizomije 21
Savremena genetika i tehnologije za uvođenje izmena u genomu sve više menjaju pravac medicinskih istraživanja. Razvoj metoda poput CRISPR-Cas9 doneo je novu nadu u terapiji, ali i u potencijalnom lečenju brojnih genetičkih bolesti.
Daunov sindrom – trizomija 21
Trizomija 21 je najčešća hromozomska aberacija i predstavlja postojanje dodatnog hromozoma 21. Danas se trizomija 21 relativno lako može otkriti rano tokom trudnoće uz pomoć citogenetičkih testova, koji obuhvataju različite skrining i dijagnostičke metode. Najčešće se javlja kao greška u razdvajanju hromozoma ili hromatida tokom oogeneze, ali u ređim slučajevima dodatni hromozom može poticati od oca, što čini oko 8% svih slučajeva. Sindrom se javlja kod otprilike jednog od 700–1.000 novorođenčadi, a rizik da dete ima ovaj sindrom raste sa starošću majke.
Osobe sa Daunovim sindromom obično pokazuju kašnjenje u razvoju motoričkih i kognitivnih funkcija. Takođe, imaju znatno povećan rizik od ranog početka Alchajmerove bolesti. „Rani početak” u ovom kontekstu znači da se simptomi javljaju mnogo ranije nego kod tipičnog oblika bolesti u opštoj populaciji. Razvoj Alchajmera povezan je sa akumulacijom amiloida beta, produkta gena APP (amiloid prekursorski protein). Gen APP se nalazi na hromozomu 21, i smatra se da je dodatna kopija ovog gena odgovorna za rani početak Alchajmerove bolesti.
Trenutne terapije kod trizomije 21 uglavnom se fokusiraju na ublažavanje simptoma i najčešće su farmakološke. Među lekovima koji se koriste su oni koji se primenjuju u lečenju Alchajmerove bolesti, a najčešće su donepezil, inhibitor acetilholinesteraze, i memantin, antagonista NMDA receptora. NMDA (N‑metil‑D‑aspartat) receptor je jonski kanal u nervnim ćelijama koji se aktivira glutamatom i omogućava ulazak jona kalcijuma i natrijuma u neuron. Ovaj receptor ima ključnu ulogu u sinaptičkoj plastičnosti, kao i u procesima učenja i pamćenja. Ipak, važno je napomenuti da u naučnoj zajednici još uvek ne postoji konsenzus o efektivnosti ovakve terapije kod osoba sa trizomijom 21.
Kariogram osobe sa trizomijom 21
Izvor: https://www.researchgate.net/figure/A-karyogram-of-Down-syndrome_fig4_350188916
CRISPR-Cas9
CRISPR-Cas9 je jedna od najefikasnijih i najpreciznijih metoda za uvođenje izmena u genomu. Sistem se sastoji od dve glavne komponente: RNK vodiča, koji je dizajniran da bude komplementaran ciljanoj sekvenci DNK, i proteina Cas9, koji vrši dvolančani prekid u tačno određenom mestu nakon što vodička RNK prepozna cilj.
Ova tehnologija je inspirisana prirodnim CRISPR (engl. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, srp. kratke ponovljene palindromske sekvence raspoređene u klastere) mehanizmom koji bakterije i arhee koriste da se zaštite od virusa, „pamteći” njihove sekvence i sekući ih kada ponovo napadnu. Sam mehanizam uključuje tri koraka: prepoznavanje, sečenje i popravku DNK, pri čemu popravka može biti nehomologno spajanje krajeva ili homologna rekombinacija.
U kontekstu trizomije 21, primena CRISPR-Cas9 ne podrazumeva sečenje pojedinačnih gena, već istraživanje mogućnosti deaktivacije ili uklanjanja celog dodatnog hromozoma 21. Ova tehnologija otvara nove pravce u razvoju terapija, iako se trenutno istraživanja još uvek izvode na laboratorijskim modelima i nisu spremna za kliničku primenu.
CRISPR-Cas9
Rezultati istraživanja i potencijalna terapija
U najnovijim istraživanjima trizomije 21, naučnici su razvili alel‑specifičnu CRISPR‑Cas9 strategiju koja cilja samo dodatni, treći hromozom 21, dok normalne kopije ostaju netaknute. Ovaj pristup je važan jer nespecifično sečenje svih kopija hromozoma može izazvati gubitak važnih genetičkih informacija.
Da bi postigli visoku preciznost, istraživači su prvo odredili haplotip, odnosno utvrdili koje DNK varijante pripadaju kojoj kopiji hromozoma, i na osnovu toga dizajnirali RNK vodiče koje ciljaju specifične sekvence na dodatnom hromozomu. Proteinska komponenta Cas9 pravi višestruke dvolančane prekide na ciljanoj kopiji, što značajno povećava šansu da se suvišni hromozom izgubi tokom deobe ćelije.
Pored toga, istraživači su privremeno inhibirali gene koji kodiraju ligazu IV i polimerazu θ, proteine ključne za popravku DNK, čime su smanjili sposobnost ćelije da reparira dvolančane prekide i zadrži dodatni hromozom.
Istraživanja su sprovedena na indukovanim pluripotentnim ćelijama, koje imaju sposobnost deobe i diferencijacije, kao i na diferenciranim ćelijama fibroblasta. CRISPR-Cas9 tehnologijom, istraživači su uspeli da otklone dodatni hromozom kod oba tipa ćelija, nakon čega su ove ćelije pokazale normalnu eskpresiju gena i poboljšane funkcije. Posebno je značajno što je metoda bila uspešna i kod diferenciranih ćelija, što je ključni korak ka potencijalnoj terapiji.
Iako je put do kliničke primene još uvek dug, ovakva istraživanja pokazuju da možemo razmišljati o medicini koja cilja uzrok genetičkih poremećaja, a ne samo njihove simptome, pružajući novu nadu za efikasnije i preciznije tretmane u budućnosti.
Promene u profilu ekspresije gena nakon primene CRISPR‑Cas9‑a u uklanjanju dodatnog hromozoma 21
Izvor: https://academic.oup.com/pnasnexus/article/4/2/pgaf022/8016019
Izvori:
- Li, S., Xu, X., Wang, K., Zhang, Q., Gong, Y., Cai, C., Zhang, Y., Wang, X., & Zhang, Z. (2025). Trisomic rescue via allele‑specific multiple chromosome cleavage using CRISPR‑Cas9 in trisomy 21 cells. PNAS Nexus, 4(2), pgaf022. https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgaf022
- Sperling, K., Scherb, H., & Neitzel, H. (2023). Population monitoring of trisomy 21: Problems and approaches. Molecular Cytogenetics, 16(1), 6. https://doi.org/10.1186/s13039-023-00637-1
- de Oliveira, L. C., & de Paula Faria, D. (2022). Pharmacological approaches to the treatment of dementia in Down syndrome: A systematic review of randomized clinical studies. Molecules, 27(10), Article 3244. https://doi.org/10.3390/molecules27103244
- Asmamaw, M., & Zawdie, B. (2021). Mechanism and applications of CRISPR/Cas‑9‑mediated genome editing. Biologics: Targets & Therapy, 15, 353–361. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8388126/
- Pulsifer, M. (2021). Down syndrome: Neuropsychological phenotype across the lifespan. Brain Sciences, 11(11), 1380. https://doi.org/10.3390/brainsci11111380
- Tosh, J. L., Hunter, J., & Fisher, E. M. C. (2021). Genetic dissection of Down syndrome‑associated alterations in APP/amyloid‑β biology using mouse models. Scientific Reports, 11, 16530. https://doi.org/10.1038/s41598-021-85062-3
- Chung, C. H. (2013). NMDA receptor as a newly identified member of the metabotropic glutamate receptor family: Clinical implications for neurodegenerative diseases. Molecules and Cells, 36(2), 99–104. https://doi.org/10.1007/s10059-013-0113-y
