وفي إطار التعامل مع هذه الأمراض الوراثية الخطيرة، يعمل المجتمع العلمي على مستويين: الأول هو تطوير تقنيات التشخيص الوراثي المبكر التي من شأنها منع ولادة أطفال حديثي الولادة المرضى، والآخر هو البحث عن المرض بهدف علاجه. عليه أو على الأقل التخفيف من بعض أعراضه
بقلم: داليت بن يوسف وعامي عميت، ساينتفيك أمريكان-إسرائيل
تنجم العديد من الأمراض الوراثية عن طفرة في أحد الجينات. تتسبب الطفرة في تكوين بروتين تالف أو نقص البروتين، مما يؤدي إلى تعطيل النشاط الطبيعي لخلية أو نسيج أو نظام في الجسم. وفي إطار التعامل مع هذه الأمراض الوراثية الخطيرة، يعمل المجتمع العلمي على مستويين: الأول هو تطوير تقنيات التشخيص الوراثي المبكر التي من شأنها منع ولادة أطفال حديثي الولادة مرضى، والآخر هو البحث عن المرض بهدف علاجه أو على الأقل التخفيف من بعض أعراضه. لدراسة الأمراض الوراثية المختلفة، غالبا ما تستخدم حيوانات المختبر المعدلة وراثيا كنماذج. وفي هذه الحيوانات، تعمل طرق الهندسة الوراثية على تغيير التركيب الجيني (النمط الجيني) للحيوان بحيث يشبه الذي يميز المرض عند الإنسان. عيب هذه الطريقة هو أن ظهور المرض في الحيوانات المعدلة وراثيا ليس بالضرورة نفس المرض لدى البشر، وهو ما يرجع جزئيا إلى الاختلافات الجينية بين النوعين. وأكثر من ذلك، هناك أمراض وراثية من المستحيل خلق مثيل لها في الحيوانات لأن الآلية الجزيئية المسببة للمرض لدى الإنسان غير موجودة في الحيوانات، مثل مرض X الهش الذي لا يوجد في الفئران. نموذج آخر لدراسة الأمراض الوراثية هو زراعة الخلايا المأخوذة من المرضى أنفسهم. لكن في كثير من الحالات يكون من المستحيل إنشاء مزرعة خلوية من مجموعة الخلايا المصابة بالمرض وزراعتها للبحث في المختبر، كما هو الحال على سبيل المثال في مرض يصيب الخلايا العصبية.
إن النماذج الموجودة اليوم لدراسة الأمراض الوراثية تجعل من الممكن دراسة بعض خصائص المرض فقط وبطريقة محدودة فقط.
إنتاج الخلايا الجذعية الجنينية لدراسة الأمراض الوراثية لدى الإنسان
في المشروع المبتكر الذي أنشأناه في مختبر الإخصاب في المختبر في مستشفى الولادة ليز، بالتعاون مع الدكتورة راشيل إيجيس والبروفيسور نسيم بنفانيستي من قسم علم الوراثة في الجامعة العبرية، قمنا بإنتاج خلايا جذعية جنينية تولد بشكل طبيعي يحملون الطفرة لمرض وراثي معروف بحيث يكونون بمثابة نموذج بحثي للمرض الذي يحملونه. يتم استخراج الخلايا الجذعية من أجنة عمرها 5 أيام (الكيسات الأريمية) تحمل أمراضًا وراثية، تم الحصول عليها من الأزواج الذين يخضعون للتشخيص الوراثي قبل الزرع - PGD. الخلايا الجذعية الجنينية هي خلايا متعددة القدرات تحاكي الخلايا في بداية التطور الجنيني، وبالإضافة إلى ذلك، لديها القدرة على الانقسام إلى ما لا نهاية، مما يسمح لها بالنمو في الثقافة مع مرور الوقت. من الممكن أيضًا إحداث تمايز في هذه الخلايا في جميع أنواع الخلايا تقريبًا (الخلايا العصبية والعضلات وما إلى ذلك) وبالتالي أيضًا إحداث تمايز في تلك الأنسجة المصابة بالمرض. هذه الخلايا المصنفة لها نفس النمط الجيني المعروف لدى المرضى، ولهذا السبب من المحتمل أن يكون تعبيرها الخارجي (النمط الظاهري) مشابهًا جدًا لمظاهر المرض لدى البشر. وبالتالي فإن هذه الخلايا لديها إمكانات كبيرة لدراسة الأمراض الوراثية.
منذ عام 1998، عندما تم إنتاج الخلايا الجذعية الجنينية البشرية لأول مرة، تم نشر العديد من الدراسات حول هذا الموضوع، وبعضها يستخدم الخلايا الجذعية أيضًا لدراسة الأمراض الوراثية. ومع ذلك، في الغالبية العظمى من هذه الدراسات، يتعلق الأمر بخطوط الخلايا ذات النمط الجيني الطبيعي والتي من الضروري فيها إنشاء طفرات مستهدفة عن طريق التلاعب الجيني المعقد من أجل محاكاة الطفرة النموذجية للمرض قيد الدراسة. تتمثل ميزة إنشاء خطوط الخلايا الجذعية الجنينية من أجنة ما قبل الزرع المتضررة من المرض في حقيقة أن خطوط الخلايا تحمل الطفرات بشكل طبيعي ويتم تجنب الحاجة إلى التلاعب الجيني. علاوة على ذلك، يمكن أن تتضمن خطوط الخلايا أيضًا طفرات لا يمكن إنشاؤها باستخدام تقنيات البيولوجيا الجزيئية، مثل الطفرات الخاطئة الصغيرة، والطفرات النقطية، والانتقالات والتثلث الصبغي. يعمل كل خط من هذه الخلايا كنموذج لمرض وراثي محدد وسيمكن من تطوير الأبحاث حول المرض بغرض فهم الآليات المسببة له. وسيكونون أيضًا بمثابة نموذج لتطوير الأدوية التي ستساعد في إيجاد العلاج والشفاء للمرض.
طريقة البحث
تتم زراعة الأجنة التي تم إنشاؤها في المختبر في حاضنة لمدة ثلاثة أيام حتى تتكون من ثماني خلايا. ثم يتم إزالة خلية واحدة من الجنين ويتم إجراء التشخيص الوراثي قبل الزرع PGD، والذي يتم بموجبه تحديد الأجنة السليمة التي سيتم إعادتها إلى رحم المرأة لتحقيق الحمل والولادة. من طفل سليم. تتم عملية زراعة الأجنة وخزعة الخلية المفردة بواسطة علماء الأجنة في مختبر الإخصاب في المختبر. يتم تحضين الأجنة التي تم تشخيصها على أنها مريضة ولا تستخدمها المرأة في المختبر لمدة يومين آخرين تقريبًا وتستخدم لإنتاج الخلايا الجذعية الجنينية. وتنمو الخلايا في المزرعة في ظل ظروف تضمن الانقسام وتمنع التمايز. تتيح سلسلة من الانقسامات للثقافة الضخمة الحصول على عدد كبير من المستعمرات غير المصنفة وإنشاء خط خلية مستقر مع مرور الوقت.
إنشاء بنك للخلايا الجذعية الجنينية الحاملة للطفرات المختلفة
ويعمل في الوحدة مشروع التشخيص الوراثي قبل الزرع، والذي يتم من خلاله أخذ الأجنة المريضة لتكوين خطوط الخلايا، في الوحدة منذ يونيو 2002. واليوم، تتدفق الإحالات من حاملي الأمراض الوراثية الذين يرغبون في الخضوع للجينات الوراثية ما قبل الزرع التشخيص كبير، ويضطر الكثيرون إلى الانتظار عدة أشهر للتشخيص. قامت الدكتورة ميرا مالكهوف، رئيسة قسم PGD في الوحدة والبروفيسور يوفال يارون، مدير وحدة التشخيص قبل الولادة في المعهد الوراثي، بإنشاء نظام PGD راسخ وموثوق قادر على تشخيص أي مرض تُعرف به الطفرة المسببة له . لقد عالجنا حتى الآن حوالي 40 امرأة وقمنا بتشخيص حوالي 20 طفرة مختلفة في خلية واحدة، بعضها معقد للغاية من الناحية الجينية. حملت حوالي 20 امرأة في الوحدة بعد التشخيص الوراثي قبل الزرع، وأنجبت 8 منهن أطفالًا أصحاء، وهو ما يجعلنا الوحدة الرائدة في هذا المجال في إسرائيل.
عادة ما يكون لدى الأزواج المرضى الذين يخضعون للفحص الوراثي قبل الزرع للكشف عن الأمراض الوراثية طفل مريض في الأسرة المباشرة أو الممتدة، وبالتالي يكون لديهم أيضًا دافع كبير للمساهمة في البحث عن المرض الذي يحملونه. في نهاية عام 2004، ولأول مرة في إسرائيل، حصلنا على موافقة لجنة أخلاقية وطنية لإنتاج خلايا جذعية من أجنة تم تشخيصها على أنها تحمل طفرة. خلال عام 2005، أنشأنا النظام وطلبنا من الأزواج الذين يخضعون للتشخيص الوراثي قبل الزرع في الوحدة التبرع بالأجنة المريضة للبحث. البديل للتبرع هو وقف نمو الأجنة التي تم تشخيصها باللون الأزرق. ومع ذلك، تظهر تجربتنا أن استجابة المرضى عالية للغاية، وقد استجاب الجميع حتى الآن.
لقد أنتجنا حتى الآن عدة خطوط من الخلايا الجذعية الجنينية التي تحمل طفرات لمختلف الأمراض الوراثية. وفي الوقت نفسه، نعمل على إنتاج خلايا جذعية جنينية تحمل أمراضاً وراثية إضافية بهدف توسيع البنك الذي قمنا بإنشائه والذي يعتبر مخزناً للخلايا لمختلف الأمراض. سيتم تخصيص الخلايا الجذعية الجنينية التي بحوزتنا للبحث بالتعاون مع العلماء والشركات التي تدرس الأمراض الوراثية أو التي ترغب في البحث عن أدوية محتملة لعلاج المرض أو علاجه.
نتائج مبتكرة في الأبحاث حول مرض X الهش
يحمل أول خط من الخلايا الجذعية الجنينية التي قمنا بإنتاجها الطفرة المعروفة للمرض الشائع المسمى بمرض X الهش، وهذا يسمح لنا بدراسة الآلية الجزيئية التي تسبب ظهور المرض. وهذا المرض الشديد هو السبب الأكثر شيوعاً للتخلف العقلي بعد متلازمة داون (المنغولية). وهو مرض مهيمن وراثيا ويبلغ معدل انتشاره لدى النساء 1:150. لدى الحاملات فرصة تصل إلى 50٪ لولادة طفل مريض. في الجين المسؤول عن المرض، FMR1، من الممكن حدوث طفرة ديناميكية. أي أن الجين لديه تسلسل من ثلاث نيوكليوتيدات، CGG، يكرر نفسه عدة مرات. في الأشخاص الأصحاء يتراوح عدد التكرارات بين 5 و55. حاملو التقليب لديهم ما بين 55 إلى 200 تكرار، ولديهم فرصة كبيرة لحدوث تضخيم آخر في الجيل التالي من شأنه أن يزيد عدد التكرارات إلى أكثر من 200. وفي حالة حدوث مثل هذا التضخيم يكون الفرد مريضًا، لأن وجود عدد كبير من تسلسلات CGG يتسبب في تنشيط الآلية الجزيئية التي تمنع التعبير عن بروتين FMR1 الذي له دور مهم في تطور الخلايا العصبية. الآلية الجزيئية التي تسبب زيادة عدد تسلسلات CGG والانتقال من التقليب إلى الطفرة ليست واضحة. ومن غير المعروف أيضًا متى يحدث كل هذا بالضبط.
هناك العديد من نماذج الفئران المستخدمة لدراسة مرض X الهش، ولكن لا يوجد منها الأمثل لدراسة الآلية الجزيئية للمرض. لقد أنتجنا خط خلايا جذعية، من أجنة تم تشخيصها بواسطة PGD على أنها ورثت الأليل الذي يحمل التقليب، وأثبتنا أن الخلايا لديها زيادة في عدد التكرارات في جين المرض وأنها تظهر الطفرة، مع جميع خصائصه الجزيئية تمامًا كما هو موجود في مرضى Fragile X. قمنا بتسمية خط الخلية الجديد HEFX1. في الدراسة، أظهرنا أن خط الخلايا الجذعية الجنينية الذي أنتجناه ينقسم في المختبر دون قيود ويعرض علامات مميزة للخلايا غير المصنفة. وكنا قادرين على إظهار تمايز الخلايا في الجسم الحي (في الجسم الحي) وفي المختبر (في المختبر) لتكوين الأورام المسخية والأجسام الجنينية. وكانت النتيجة الأكثر إثارة للإعجاب عندما تابعنا تعبير الجين FMR1 في الخلايا. لقد أظهرنا أن خلايا HEFX1 لم يتم فرزها، على الرغم من وجود الطفرة التي يتم التعبير عن الجين بها على مستوى الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتين. إن قدرة الخلايا الجذعية الجنينية على الخضوع للتمايز، كما أظهرنا، على غرار المراحل الأولى من التطور الجنيني، تسمح لنا بالتحقيق في التوقيت الدقيق لمظاهر المرض.
نأمل أن تكون خطوط الخلايا الجذعية الجنينية التي تحمل طفرات معروفة تسبب أمراضًا وراثية حادة بمثابة نموذج بحثي جيد سيمكن من دراسة الأساس الفيزيولوجي المرضي للمرض، بل وسيساعد في المستقبل في تطوير العلاجات والأدوية. لذلك.
الدكتور داليت بن يوسف هو مدير مختبر الإخصاب في المختبر، والبروفيسور عامي عميت هو مدير وحدة الإخصاب في المختبر في مستشفى الولادة "ليس" في مركز سوراسكي الطبي في تل أبيب (أخيلوف). اتصال: dalitb@tasmc.health.gov.il
