변형된 줄기세포에 추가 돌연변이 없음, 연구 결과 밝혀

2014 년 7 월 9 일

변형된 줄기세포에 추가 돌연변이 없음, 연구 결과 밝혀

새로운 결과는 유전 질환 치료법 개발에 사용되는 유전자 편집 기술이 줄기 세포에 원치 않는 돌연변이를 추가할 수 있다는 이전의 우려를 완화합니다.

2014 년 7 월 9 일

LA JOLLA—살아 있는 줄기 세포 라인에서 한 유전자를 다른 유전자로 전환하는 능력은 지난 3년 동안 공상과학 소설에서 현실로 넘어왔습니다. 모든 신기술과 마찬가지로, 예를 들어 인간에게 질병을 유발하는 유전자를 고칠 수 있다는 희망과 함께 질문과 안전 문제를 모두 가져옵니다. 이제 Salk 과학자들은 이러한 우려 중 하나를 해결했습니다. 줄기 세포에 유전자 편집 기술을 사용한다고 해서 세포의 전반적인 돌연변이 발생이 증가하지 않는다는 것입니다. 새로운 결과는 2014년 XNUMX월 XNUMX일 저널에 게재되었습니다. 세포 줄기 세포.

"줄기 세포의 DNA를 정밀하게 수정하는 능력은 인간 질병 및 세포 치료에 대한 연구를 크게 가속화했습니다."라고 수석 저자는 말했습니다. 후안 카를로스 이즈피수아 벨몬테, Salk의 교수 유전자 발현 연구실. "이 기술을 임상에 성공적으로 적용하려면 먼저 게놈 안정성 및 돌연변이 부하와 같은 이러한 변형된 줄기 세포의 안전성을 면밀히 조사해야 합니다."

과학자들이 연구 목적으로 또는 치료 목적으로 유전적 돌연변이를 수정하기 위해 세포 내 DNA 스트레치의 서열을 변경하고자 할 때 두 가지 방법을 선택할 수 있습니다. 그들은 조작된 바이러스를 사용하여 새로운 유전자를 세포에 전달할 수 있습니다. 그런 다음 세포는 이전 DNA 서열 대신 새로운 DNA 서열을 통합합니다. 또는 과학자들은 원하는 위치에서 DNA를 자르는 TALEN 단백질과 같은 맞춤형 표적 뉴클레아제로 알려진 것을 사용할 수 있습니다. 연구원들은 단백질을 사용하여 교체하려는 유전자를 절단한 다음 새로운 유전자를 혼합에 추가할 수 있습니다. 세포의 자연 복구 메커니즘은 새로운 유전자를 제자리에 붙일 것입니다.

이전에 Belmonte의 연구실은 헬퍼 의존성 아데노바이러스 벡터(HDAdVs)라고 하는 변형된 바이러스의 사용을 개척했습니다. 낫적혈구병을 일으키는 유전자 돌연변이를 바로잡다, 세계에서 가장 심각한 혈액 질환 중 하나. 그와 그의 공동 연구자들은 HDAdVs를 사용하여 줄기 세포 라인의 돌연변이 유전자를 돌연변이가 없는 버전으로 대체하여 이론적으로 환자의 골수에 주입할 수 있는 줄기 세포를 만들어 신체가 건강한 혈액 세포를 생성하도록 했습니다.

그러나 그러한 기술이 인간에게 적용되기 전에 Belmonte와 같은 연구자들은 줄기 세포에서 유전자를 편집할 위험이 있는지 알고 싶어했습니다. 두 가지 일반적인 유전자 편집 기술이 DNA의 올바른 스트레치를 변경하는 데 정확한 것으로 나타났지만 과학자들은 그 과정이 세포를 더 불안정하게 만들고 관련 없는 유전자에서 돌연변이를 일으키기 쉬울 수 있다고 우려했습니다. 암.

“세포가 줄기세포로 재프로그래밍되면서 많은 돌연변이가 축적되는 경향이 있습니다. "따라서 사람들은 유전자 편집을 포함하여 시험관 내에서 이러한 세포로 수행하는 모든 프로세스가 훨씬 더 많은 돌연변이를 생성할 수 있다고 자연스럽게 걱정합니다."

이것이 사실인지 알아보기 위해 Belmonte의 그룹은 BGI 그리고 중국 과학 아카데미 생물 물리학 연구소, 겸상적혈구병을 일으키는 돌연변이 유전자를 포함하는 줄기 세포 라인으로 바뀌었습니다. 그들은 두 개의 HDAdV 설계 중 하나를 사용하여 일부 세포의 유전자를 편집하고, 두 개의 TALEN 단백질 중 하나를 사용하여 다른 유전자를 편집하고, 나머지 세포는 편집하지 않고 배양에 보관했습니다. 그런 다음 네 가지 편집 및 제어 실험에서 각 세포의 전체 게놈을 완전히 시퀀싱했습니다.

모든 세포가 실험 중에 낮은 수준의 무작위 유전자 돌연변이를 얻었지만 HDAdV 또는 TALEN 기반 접근 방식을 통해 유전자 편집을 거친 세포는 배양된 세포보다 더 많은 돌연변이가 없었습니다.

Belmonte 연구실의 박사 후 연구원이자 이 연구의 저자인 Keiichiro Suzuki는 "우리는 그 결과에 매우 놀랐습니다."라고 말했습니다. “사람들은 iPSC 재프로그래밍 중에 도입된 수천 개의 돌연변이를 발견했습니다. 우리는 모든 경우에서 XNUMX개 미만의 단일 뉴클레오티드 변이체를 발견했습니다.”

Li는 이 발견이 반드시 편집된 유전자가 있는 줄기 세포를 사용하는 데 내재된 위험이 없다는 것을 의미하지는 않지만 편집 과정이 줄기 세포를 덜 안전하게 만들지 않는다는 것을 의미한다고 덧붙였습니다.

"우리는 돌연변이의 위험이 본질적으로 유전자 편집과 연결되어 있지 않다고 결론지었습니다."라고 그는 말합니다. "이러한 세포는 세포 또는 유전자 치료를 위해 조작된 다른 세포를 사용하는 것과 동일한 위험을 나타냅니다." 그는 같은 문제에 발표된 두 개의 다른 논문이 그들의 결과를 뒷받침한다고 덧붙였습니다. 존스 홉킨스 대학 하나는 하버드 대학교 그리고 협력자).

Belmonte 그룹은 다른 접근법을 사용하거나 다른 유전자를 표적으로 삼는 다른 세포 유형의 유전자 복구가 원치 않는 돌연변이를 일으킬 가능성이 더 많거나 적을 수 있는지 여부를 다루기 위해 더 많은 연구를 계획하고 있습니다. 현재 그들은 그들의 발견이 현장의 사람들이 미래에 유전병을 치료할 수 있는 잠재적인 방법으로 유전자 편집 기술을 계속 추구하도록 격려하기를 희망합니다.

이 연구의 다른 연구자들은 Salk Institute for Biological Studies의 Jing Qu, April Goebl, Emi Aizawa, Rupa Devi Soligalla, Jessica Kim, Na Young Kim, Hsin-Kai Liao, Chris Benner, Concepcion Rodriguez Esteban; BGI의 Chang Yu, Xiaotian Yao, Senwei Tang, Fan Zhang, Feng Chen, Yabin Jin 및 Yingrui Li; 중국 과학 아카데미 생물 물리학 연구소의 Jing Qu, Tingting Yuan, Ruotong Ren, Xiuling Xu 및 Guang-Hui Liu.

이 작업은 G. Harold와 Leila Y. Mathers 자선 재단 밸리 Leona M.과 Harry B. Helmsley 자선 신탁 밸리 글렌 재단 밸리 캘리포니아 재생 의학 연구소 밸리 건강의 국립 연구소 밸리 중국 과학 아카데미 밸리 베이징 자연 과학 재단및 중국의 Thousand Young Talents 프로그램.

Salk Institute of Biological Studies 정보 :
Salk Institute for Biological Studies는 세계적으로 유명한 기초 연구 기관 중 하나로, 국제적으로 유명한 교수진이 독특하고 협력적이며 창의적인 환경에서 근본적인 생명 과학 문제를 탐구합니다. 발견과 미래 세대의 연구원 멘토링 모두에 초점을 맞춘 Salk 과학자들은 신경 과학, 유전학, 세포 및 식물 생물학 및 관련 분야를 연구하여 암, 노화, 알츠하이머, 당뇨병 및 전염병에 대한 이해에 획기적인 기여를 합니다.

교수진의 업적은 노벨상 및 국립 과학 아카데미 회원을 포함하여 수많은 영예로 인정되었습니다. 1960년 소아마비 백신 개척자인 Jonas Salk, MD가 설립한 이 연구소는 독립적인 비영리 조직이자 건축학적 랜드마크입니다.