ابزار ويرايش ژن در ماهي مركب؛ راه‌گشاي درمان بيماري‌هاي ژنتيكي در انسان

تكنيك‌هاي ويرايش ژن مانند تكنيك‌هاي مبتني‌بر كريسپر، ازطريق تغيير كد ژنتيكي DNA، بيماري را درمان مي‌كنند. تقريبا در هر جانوري، هر تغييري كه در DNA رخ دهد، به‌وسيله‌ي RNA پيام‌رسان (mRNA) از هسته به سيتوپلاسم منتقل مي‌شود كه بخشي از سلول است كه پروتئين‌ها در آن ساخته مي‌شود. اما يك گونه‌ي جانوري يعني ماهي مركبي كه ماهي‌گيران از آن به‌عنوان طعمه استفاده مي‌كنند و غذاي موجودات دريايي بزرگ‌تر است (نوعي سفالوپود)، رويه‌ي ديگري براي ويرايش ژنتيكي دارد. اين روش ممكن است به دانشمنداني كه درحال كار روي درمان‌ها و داروهاي مبتني‌بر ويرايش ژن هستند، كمك كند.

اخيرا دانشمندان آزمايشگاه بيولوژي دريايي در وودز هول ماساچوست، در مجله‌ي Nucleic Acids Research گزارش كرده‌اند كه ماهي مركب باله‌بلند نزديكِ‌ساحل (Doryteuthis pealeii) نخستين جانور شناخته‌شده‌اي است كه مي‌تواند mRNA را در خارج از هسته‌ي سلول ويرايش كند. جاشوا روزنتال، دانشمند ارشد MBL و يكي از نويسندگان مقاله‌ي جديد مي‌گويد كه اين روش غيرمعمول ويرايش mRNA احتمالا با رفتار اين ماهي مركب در اقيانوس ارتباطي دارد. روزنتال مي‌افزايد:

اين كار با تنظيم بسيار گسترده‌اي در سيستم عصبي جانور انجام مي‌شود كه روشي واقعا جديد براي زندگي است.

همه‌ي موجودات به‌نوعي ويرايش RNA را انجام مي‌دهند. در انسان، برخي از اختلالات مانند شكل پراكنده‌ي اسكلروز جانبي آميوتروفيك (بيماري لو گهريگ) با نقص عملكرد ويرايش RNA ارتباط دارد. ويرايش RNA همچنين در ايمني نقش دارد و برخي مطالعات انجام‌شده روي مگس سركه نشان مي‌دهد كه شايد به آن‌ها در سازگاري دربرابر تغييرات دمايي كمك كند.

ماهي مركب، ويرايش RNA را در مقياسي وسيع انجام مي‌دهد. بيش از ۶۰ هزار سلول مغزي اين فرايند رمزگذاري مجدد را در ماهي مركب انجام مي‌دهند. اين در‌حالي است كه اين شمار در انسان‌ها به چند صد مكان مي‌رسد. روزنتال و همكارانش دريافتند كه ويرايش RNA در آكسون‌هاي ماهي مركب اتفاق مي‌افتد. آكسون‌ها منطقه‌ي گسترش‌يافته از سلول‌هاي عصبي هستند كه سيگنال‌هاي الكتريكي را به نورون‌هاي مجاور منتقل مي‌كنند. اين يافته‌ي مهمي است زيرا سلول‌هاي عصبي ماهي مركب بسيار بزرگ هستند و گاهي آكسون‌هاي آن‌ها چند فوت طول دارند. ماهي مركب با ويرايش RNA در خارج از هسته مي‌تواند به‌طور بالقوه عملكرد پروتئين را بسيار نزديك‌تر به بخشي از بدن كه نياز به سازگاري دارد، تغيير دهد.

ماهي مركب ويرايش RNA خود را در مقياسي وسيع انجام مي‌دهد. بيش از ۶۰ هزار سلول مغزي اين فرايند رمزگذاري مجدد را در ماهي مركب انجام مي‌دهند كه درمقايسه‌با انسان، بسيار وسيع‌تر است.

اكنون كه گروه روزنتال دريافته‌اند ماهي مركب داراي ماشين‌آلات سلولي انجام اين ويرايش RNA است، قدم بعدي اين است كه علت فرايند را درك كنند. روزنتال گمان مي‌كند كه اين مسئله با سازگاري بهتر ماهي مركب دربرابر تغيير شرايط محيطي مانند دماي آب ارتباط دارد. او مي‌گويد براي اينكه بتوانيم فرايند ويرايش RNA را دستكاري كنيم، بايد رفتار اين موجود را مطالعه كنيم.

ويرايش RNA نسبت‌به ويرايش DNA بسيار بي‌خطرتر است. اگر اشتباه كنيد، فقط RNA عوض شده و سپس از بين مي‌رود.

هدر هوندلي، دانشيار بيوشيمي و بيولوژي مولكولي در دانشگاه اينديانا كه در اين مطالعه مشاركتي نداشته است، مي‌گويد:

اين مقاله‌ي هيجان‌انگيزي است. بيشتر آن‌چه ما درمورد ويرايش مي‌دانيم، در هسته‌ي سلول رخ مي‌دهد كه براي فرايندهاي طبيعي خوب است. اما اگر به داروها و درمان‌هاي شخصي‌شده فكر كنيم، به‌منظور تغيير جهش‌هاي بيمار، بايد آن را در سيتوپلاسم انجام دهيم.

براي اينكه روش‌هاي درماني با استفاده از ويرايش RNA، مؤثر واقع شوند فقط نياز به ورود به سلول و عمل كردن در سيتوپلاسم دارند. اين درحالي است ‌كه درمان‌هاي ويرايش ژنومي كه قصد دارند DNA را تغيير دهند، بايد هم از غشاي سلول و هم از غشاي هسته عبور كنند. ويرايش RNA در آكسون ماهي مركب كه در مقاله‌ي روزنتال نشان داده شده است، مشابه ويرايش RNAاي است كه براي درمان‌هاي انساني بايد در سيتوپلاسم انجام شود.

هوندلي معتقد است آنزيمي كه ماهي مركب از آن براي ويرايش RNA استفاده مي‌كند، به‌طور بالقوه مي‌تواند براي ايجاد تغيير در mRNA انسان‌ مورد استفاده قرار گيرد. او مي‌گويد:

افراد زيادي درحال تلاش براي انجام اين كار هستند اما سؤال اين است كه: آنزيم درماني كدام است؟ اگر آنزيم ماهي مركب بتواند در سيتوپلاسم كار كند، در صدر فهرست اين آنزيم‌ها قرار مي‌گيرد.

در وودز هول، فراتر از آزمايشگاه ماهي مركب، ويرايش RNA به زمينه‌ي پژوهشي به‌سرعت در‌حال رشدي تبديل شده است. در سال ۲۰۱۸، سازمان غذا و داروي آمريكا اولين روش درماني با استفاده از RNA مداخله‌گر را تصويب كرد؛ تكنيكي كه در آن قطعه‌ي كوچكي از RNA وارد سلول شده و به mRNA محلي خود متصل مي‌شود و سرعت تخريب آن را افزايش مي‌دهد. طي اين درمان، پروتئيني كه موجب آسيب عصبي در بيماران مبتلا به نوعي اختلال ژنتيكي نادر به‌نام آميلوئيدوز ترانس‌تيرتين ارثي مي‌شود، در هم مي‌شكند؛ وضعيتي كه درنهايت موجب نارسايي ارگان بدن و مرگ مي‌شود.

در سال ۲۰۱۹، پژوهشگران بيش از ۴۰۰ مقاله در اين رابطه منتشر كردند درحالي‌كه چندين شركت بيوتكنولوژي شروع به استفاده از سيستم‌هاي ويرايش RNA براي توسعه‌ي درمان‌هاي بالقوه براي بيماري‌هاي ژنتيكي نظير ديستروفي ماهيچه‌اي و داروهاي تسكين درد حاد كه حاوي مواد مخدر اعتيادآور نباشند، كرده‌اند.

روزنتال مي‌گويد ماهي مركب موجودي شگفت‌انگيز است و احتمالا اسرار بيولوژيكي بسياري آشكار مي‌كند كه برخي از آن‌ها ممكن است درنهايت به كساني كمك كنند كه اين موجودات را تنها به چشم يك پيش غذا مي‌بينند.