Kısaca

Columbia Üniversitesi araştırmacıları, insan embriyolarında baz düzenleme yöntemiyle genetik onarım yapmayı başardı ancak yöntemin kromozom silinmesi ve mozaizm gibi öngörülemeyen hasarlara yol açtığını belirledi.

Columbia Üniversitesi Vagelos Hekimler ve Cerrahlar Fakültesi araştırmacılarının uluslararası bir ekiple yürüttüğü ve 9 Eylül'de Nature dergisinde yayımlanan çalışma, insan embriyolarında uygulanan yeni nesil gen düzenleme tekniklerinin sınırlarını ortaya koydu. Araştırma ekibi, tek hücreli insan embriyolarında DNA harflerini tek tek değiştirebilen baz düzenleme yöntemini test etti. Döllenmiş yumurta aşamasında yapılan müdahalelerin ardından embriyolar, tüp bebek uygulamalarında rahme transfer aşaması olan 6 ila 7 gün boyunca izlendi. Elde edilen bulgular, bazı deneylerde gen değişiminin yüzde 100 oranında başarılı olduğunu ve gelişimin normal sürdüğünü gösterirken, yöntemin öngörülemeyen genetik sapmalara yol açtığı ve mevcut durumda klinik tedaviler için güvenli olmadığı belirlendi.

Araştırmanın lideri ve Pediatri Bölümü gelişimsel hücre biyolojisi doçenti Dieter Egli'nin laboratuvarı, yaklaşık 10 yıl önce erken evre insan embriyolarında ilk olarak CRISPR yöntemini denemişti. DNA'nın her iki zincirini makas gibi keserek yeni bir dizi eklemeyi amaçlayan CRISPR, insan embriyolarının çift zincir kırıklarını onarmakta yetersiz kalması sebebiyle başarısız olmuş, kromozomların büyük bölümlerinin hatta bütün kromozomların silinmesine yol açmıştı. Bilim insanları bu hasarların önüne geçebilmek için DNA'yı çift taraflı kesmek yerine kurşun kalem ve silgi gibi çalışan, tek bir zincirdeki tek bir harfi çıkarıp yerine yenisini koyan baz düzenleyicileri geliştirdi. Yeni nesil araçların DNA üzerinde daha hassas işlem yapması, embriyonik gen tedavisinde risklerin aşılması umudunu doğurmuştu.

Yeni araştırmada uluslararası ekip, baz düzenleme yöntemini üç farklı gen üzerinde bulunan tek harflik mutasyonları onarmak için kullandı. Bu hedeflerden ilki yüksek kolesterol ve kalp-damar hastalıklarıyla bağlantılı olan PCSK9 geni; diğer ikisi ise mutasyona uğradığında orak hücre anemisi ve beta talasemiye yol açabilen hemoglobin üretiminden sorumlu HBG1 ve HBG2 genleri oldu. İlk hücre bölünmesinden önce uygulanan düzenleme, gelişen embriyonun yavru hücrelerinin tamamında kalıcı hale geldi. Ancak araştırmacılar, CRISPR'a kıyasla daha düşük sıklıkta olsa da büyük kromozom silinmelerinin devam ettiğini saptadı. Bunun yanı sıra hedeflenen noktanın çevresinde ve genomun ek bölgelerinde istenmeyen değişiklikler oluşarak embriyolarda mozaizm adı verilen karmaşık genetik yapılar meydana geldi. Bazı düzenleyicilerin yüksek mRNA seviyeleri taşıdığı durumlarda ise embriyoların gelişimi tamamen durdu.

Egli'nin laboratuvarında görev yapan araştırmacı ve makalenin başyazarı Stepan Jerabek, bir geni düzenlemek için doğası gereği önce DNA'ya hasar vermek gerektiğini, risklerin de bu hasar potansiyelinden kaynaklandığını belirtti. Dieter Egli ise hastalıklardan korunmak için risksiz başka teknolojiler varken embriyo gen düzenlemesinin tercih edilemeyeceğini, ancak risklerin açıkça gösterilmesinin uygunsuz klinik girişimlerin önüne geçeceğini vurguladı. Araştırma ekibi, baz düzenleme araçlarını laboratuvar ortamında kullanarak tüp bebek tedavilerinde embriyoların erken dönemde gelişimini durduran DNA onarım mekanizmalarını incelemeyi sürdürecek. Başka bir araştırma grubu da aynı baz düzenleme tekniğini kullanarak embriyonik gelişimde kritik rol üstlenen Nanog adlı proteini tanımladı.

Neden önemli?Bulgular, kalıtsal hastalıkların tüp bebek aşamasında önlenmesi hedefine yönelik umutları canlı tutarken yöntemin mevcut haliyle hastalarda uygulanmasının taşıdığı ciddi riskleri ortaya koyuyor.

Şu ana kadar bildiklerimiz

  • Nature dergisinde 9 Eylül'de yayımlanan çalışmada tek hücreli insan embriyolarında PCSK9, HBG1 ve HBG2 genlerindeki tek harflik mutasyonlar hedeflendi.
  • Baz düzenleme bazı deneylerde yüzde 100 başarı sağlasa da hücre bölünmelerinde kromozom silinmelerine ve mozaik genetik değişimlere neden oldu.
  • Columbia Üniversitesi bünyesindeki Dieter Egli liderliğinde yürütülen araştırma, mevcut risklerin tekniğin klinik kullanımını engellediğini ortaya koydu.

Cevabı beklenen sorular

  • Baz düzenleme araçlarının neden olduğu DNA hasarının embriyo tarafından nasıl onarıldığı veya onarılamadığı ilerleyen çalışmalarda tam olarak çözülebilecek mi?
  • Embriyolarda genetik anormallikleri ve kayıpları engelleyerek tüp bebek tedavilerini daha güvenli hale getirecek yeni yöntemler geliştirilebilecek mi?