ابزار ویرایش ژن در ماهی مرکب؛ راه‌گشای درمان بیماری‌های ژنتیکی در انسان

تکنیک‌های ویرایش ژن مانند تکنیک‌های مبتنی‌بر کریسپر، ازطریق تغییر کد ژنتیکی DNA، بیماری را درمان می‌کنند. تقریبا در هر جانوری، هر تغییری که در DNA رخ دهد، به‌وسیله‌ی RNA پیام‌رسان (mRNA) از هسته به سیتوپلاسم منتقل می‌شود که بخشی از سلول است که پروتئین‌ها در آن ساخته می‌شود. اما یک گونه‌ی جانوری یعنی ماهی مرکبی که ماهی‌گیران از آن به‌عنوان طعمه استفاده می‌کنند و غذای موجودات دریایی بزرگ‌تر است (نوعی سفالوپود)، رویه‌ی دیگری برای ویرایش ژنتیکی دارد. این روش ممکن است به دانشمندانی که درحال کار روی درمان‌ها و داروهای مبتنی‌بر ویرایش ژن هستند، کمک کند.

اخیرا دانشمندان آزمایشگاه بیولوژی دریایی در وودز هول ماساچوست، در مجله‌ی Nucleic Acids Research گزارش کرده‌اند که ماهی مرکب باله‌بلند نزدیکِ‌ساحل (Doryteuthis pealeii) نخستین جانور شناخته‌شده‌ای است که می‌تواند mRNA را در خارج از هسته‌ی سلول ویرایش کند. جاشوا روزنتال، دانشمند ارشد MBL و یکی از نویسندگان مقاله‌ی جدید می‌گوید که این روش غیرمعمول ویرایش mRNA احتمالا با رفتار این ماهی مرکب در اقیانوس ارتباطی دارد. روزنتال می‌افزاید:

این کار با تنظیم بسیار گسترده‌ای در سیستم عصبی جانور انجام می‌شود که روشی واقعا جدید برای زندگی است.

همه‌ی موجودات به‌نوعی ویرایش RNA را انجام می‌دهند. در انسان، برخی از اختلالات مانند شکل پراکنده‌ی اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (بیماری لو گهریگ) با نقص عملکرد ویرایش RNA ارتباط دارد. ویرایش RNA همچنین در ایمنی نقش دارد و برخی مطالعات انجام‌شده روی مگس سرکه نشان می‌دهد که شاید به آن‌ها در سازگاری دربرابر تغییرات دمایی کمک کند.

ماهی مرکب، ویرایش RNA را در مقیاسی وسیع انجام می‌دهد. بیش از ۶۰ هزار سلول مغزی این فرایند رمزگذاری مجدد را در ماهی مرکب انجام می‌دهند. این در‌حالی است که این شمار در انسان‌ها به چند صد مکان می‌رسد. روزنتال و همکارانش دریافتند که ویرایش RNA در آکسون‌های ماهی مرکب اتفاق می‌افتد. آکسون‌ها منطقه‌ی گسترش‌یافته از سلول‌های عصبی هستند که سیگنال‌های الکتریکی را به نورون‌های مجاور منتقل می‌کنند. این یافته‌ی مهمی است زیرا سلول‌های عصبی ماهی مرکب بسیار بزرگ هستند و گاهی آکسون‌های آن‌ها چند فوت طول دارند. ماهی مرکب با ویرایش RNA در خارج از هسته می‌تواند به‌طور بالقوه عملکرد پروتئین را بسیار نزدیک‌تر به بخشی از بدن که نیاز به سازگاری دارد، تغییر دهد.

ماهی مرکب ویرایش RNA خود را در مقیاسی وسیع انجام می‌دهد. بیش از ۶۰ هزار سلول مغزی این فرایند رمزگذاری مجدد را در ماهی مرکب انجام می‌دهند که درمقایسه‌با انسان، بسیار وسیع‌تر است.

اکنون که گروه روزنتال دریافته‌اند ماهی مرکب دارای ماشین‌آلات سلولی انجام این ویرایش RNA است، قدم بعدی این است که علت فرایند را درک کنند. روزنتال گمان می‌کند که این مسئله با سازگاری بهتر ماهی مرکب دربرابر تغییر شرایط محیطی مانند دمای آب ارتباط دارد. او می‌گوید برای اینکه بتوانیم فرایند ویرایش RNA را دستکاری کنیم، باید رفتار این موجود را بررسی کنیم.

ویرایش RNA نسبت‌به ویرایش DNA بسیار بی‌خطرتر است. اگر اشتباه کنید، فقط RNA عوض شده و سپس از بین می‌رود.

هدر هوندلی، دانشیار بیوشیمی و بیولوژی مولکولی در دانشگاه ایندیانا که در این مطالعه مشارکتی نداشته است، می‌گوید:

این مقاله‌ی هیجان‌انگیزی است. بیشتر آن‌چه ما درمورد ویرایش می‌دانیم، در هسته‌ی سلول رخ می‌دهد که برای فرایندهای طبیعی خوب است. اما اگر به داروها و درمان‌های شخصی‌شده فکر کنیم، به‌منظور تغییر جهش‌های بیمار، باید آن را در سیتوپلاسم انجام دهیم.

برای اینکه روش‌های درمانی با استفاده از ویرایش RNA، مؤثر واقع شوند فقط نیاز به ورود به سلول و عمل کردن در سیتوپلاسم دارند. این درحالی است ‌که درمان‌های ویرایش ژنومی که قصد دارند DNA را تغییر دهند، باید هم از غشای سلول و هم از غشای هسته عبور کنند. ویرایش RNA در آکسون ماهی مرکب که در مقاله‌ی روزنتال نشان داده شده است، مشابه ویرایش RNAای است که برای درمان‌های انسانی باید در سیتوپلاسم انجام شود.

هوندلی معتقد است آنزیمی که ماهی مرکب از آن برای ویرایش RNA استفاده می‌کند، به‌طور بالقوه می‌تواند برای ایجاد تغییر در mRNA انسان‌ مورد استفاده قرار گیرد. او می‌گوید:

افراد زیادی درحال تلاش برای انجام این کار هستند اما سؤال این است که: آنزیم درمانی کدام است؟ اگر آنزیم ماهی مرکب بتواند در سیتوپلاسم کار کند، در صدر فهرست این آنزیم‌ها قرار می‌گیرد.

در وودز هول، فراتر از آزمایشگاه ماهی مرکب، ویرایش RNA به زمینه‌ی پژوهشی به‌سرعت در‌حال رشدی تبدیل شده است. در سال ۲۰۱۸، سازمان غذا و داروی آمریکا اولین روش درمانی با استفاده از RNA مداخله‌گر را تصویب کرد؛ تکنیکی که در آن قطعه‌ی کوچکی از RNA وارد سلول شده و به mRNA محلی خود متصل می‌شود و سرعت تخریب آن را افزایش می‌دهد. طی این درمان، پروتئینی که موجب آسیب عصبی در بیماران مبتلا به نوعی اختلال ژنتیکی نادر به‌نام آمیلوئیدوز ترانس‌تیرتین ارثی می‌شود، در هم می‌شکند؛ وضعیتی که درنهایت موجب نارسایی ارگان بدن و مرگ می‌شود.

در سال ۲۰۱۹، پژوهشگران بیش از ۴۰۰ مقاله در این رابطه منتشر کردند درحالی‌که چندین شرکت بیوتکنولوژی شروع به استفاده از سیستم‌های ویرایش RNA برای توسعه‌ی درمان‌های بالقوه برای بیماری‌های ژنتیکی نظیر دیستروفی ماهیچه‌ای و داروهای تسکین درد حاد که حاوی مواد مخدر اعتیادآور نباشند، کرده‌اند.

روزنتال می‌گوید ماهی مرکب موجودی شگفت‌انگیز است و احتمالا اسرار بیولوژیکی بسیاری آشکار می‌کند که برخی از آن‌ها ممکن است درنهایت به کسانی کمک کنند که این موجودات را تنها به چشم یک پیش غذا می‌بینند.