Common variant-based genome editing to address the heterogeneity of pathogenic variants in dominant disorders

على مدى قرون، ظل الوعد بعلاج الأمراض الوراثية متعثرًا بسبب حقيقة بسيطة ومحبطة: الحمض النووي البشري ليس شفرة واحدة موحدة، بل هو مكتبة ضخمة حيث يمكن طباعة الكتاب نفسه بآلاف الأخطاء المطبعية المختلفة. في العديد من الحالات الموروثة، تكون غلطة واحدة في جين ما كافية للتسبب في مرض شديد. وبينما طور العلماء أدوات قوية لتعديل الحمض النووي، كان إصلاح هذه الأخطاء يشبه محاولة إصلاح خطأ مطبعي محدد في كتاب يمتلك ملايين الطبعات المختلفة، لكل منها خطأ مختلف. إذا صُمم علاج لإصلاح خطأ محدد، فإنه غالبًا ما يفشل في مساعدة الغالبية العظمى من المرضى الذين يحملون نسخة مختلفة من نفس الخطأ. هذا التحدي ترك العديد من العائلات في انتظار علاج يبدو بعيد المنال، مصمم خصيصًا لتباين جيني قد يكون نادرًا جدًا بحيث لا يبرر تكلفة تطوير علاج فريد لكل شخص.

اقترح فريق من الباحثين في جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا طريقة جديدة للتعامل مع هذا التعقيد. فبدلاً من محاولة العثور على كل خطأ مطبعي وإصلاحه، طوروا استراتيجية تسمى "COVER"، والتي تعمل من خلال استهداف الاختلافات الشائعة وغير الضارة الموجودة طبيعيًا في حمضنا النووي. المنطق بسيط: في كثير من الحالات، يكون الخطأ المسبب للمرض مرتبطًا فيزيائيًا باختلاف محدد شائع يوجد في نفس شريط الحمض النووي. ومن خلال تصميم أداة جزيئية للتعرف على هذا الاختلاف الشائع، يمكن للباحثين قطع القسم بأكه الذي يحتوي على خطأ المرض بشكل انتقائي، مع ترك النسخة السليمة من الجين دون مساس. لا تحتاج هذه الطريقة إلى معرفة ماهية خطأ المرض بدقة؛ بل تحتاج فقط إلى معرفة أي اختلاف شائع يسافر معه. وفي دراسة نُشرت مؤخرًا، أظهر الفريق أن هذه الطريقة يمكنها نظريًا تغطية ما يقرب من نصف جميع المرضى المصابين بمجموعة واسعة من الاضطرابات الوراثية السائدة، وهي قفزة كبيرة للأمام مقارنة بالطرق السابقة التي لم تكن تستطيع مساعدة سوى نسبة ضئيلة من الناس.

بدأ الباحثون برسم خريطة لمشهد أكثر من 1800 جين معروفة بأنها تسبب اضطرابات سائدة. ووجدوا أنه ضمن هذه الجينات، كانت الأخطاء المسببة للمرض متنوعة للغاية، مع وجود آلاف الاختلافات النادرة المنتشرة عبر السكان. إذا حاول الطبيب علاج مريض عن طريق استهداف الخطأ المحدد الذي يحمله، فسيحتاج إلى أداة مصممة خصيصًا لكل فرد تقريبًا. أدرك الفريق أنه بينما كانت الأخطاء نادرة، فإن الحمض النووي المحيط بها غالبًا ما يحتوي على اختلافات شائعة تظهر بشكل متكرر لدى عامة السكان. وقد طوروا سير عمل للعثور على أزواج من هذه الاختلافات الشائعة التي تقع على جانبي قسم من الجين. فإذا تمكنت أداة من قطع الحمض النووي بين هاتين النقطتين الشائعتين، فستزيل الخطأ المسبب للمرض معها، بشرط أن يكون الخطأ واقعًا في ذلك القسم الأوسط.

ولجعل هذا العمل ناجحًا، توجب على الفريق التأكد من أن إزالة القسم الأوسط لن تضر المريض. فقد ركزوا على الجينات التي يكفي فيها امتلاك نسخة واحدة عاملة لكي يعمل الجسم بشكل طبيعي. وبالنسبة لهذه الجينات، صمموا ثلاث طرق لتعطيل النسخة السيئة. تضمنت الطريقة الأولى قطع قطعة صغيرة من الجين، والتي عند إزالتها ستؤدي إلى تشويه التعليمات لبقية البروتين، مما يؤدي فعليًا إلى إيقافه. واستهدفت الطريقة الثانية بداية الجين تمامًا، بإزالة إشارة البدء حتى لا يمكن بناء البروتين على الإطلاق. أما الطريقة الثالثة، الأكثر حدة، فقد تضمنت إزالة الجين بأكمله. ومن خلال تطبيق هذه الاستراتيجيات على قاعدة بياناتهم، وجدوا أنه بالنسبة لـ 902 من الجينات المسببة للأمراض، يمكنهم تحديد زوج من الاختلافات الشائعة يسمح لهم بتعطيل النسخة السيئة بشكل انتقائي.

كانت نتائج هذا التحليل مذهلة. فعندما حسبوا عدد الأشخاص الذين قد يستفيدون من هذا النهج، وجدوا أن تصميمًا واحدًا لجين معين يمكن أن يساعد حوالي 46 بالمائة من المرضى الذين يحملون مرض ذلك الجين. وهذا أكثر من ضعف التغطية التي يحققها استهداف الخطأ الأكثر شيوعًا في ذلك الجين. وأشار الباحثون إلى أن هذا المستوى العالي من التغطية كان ثابتًا عبر مختلف المجموعات السكانية حول العالم، مما يشير إلى أن الاستراتيجية قابلة للتطبيق على نطاق واسع. كما أكدوا أن بيانات السكان العامة التي استخدموها للعثور على هذه الاختلافات الشائعة تعكس بدقة التركيبة الجينية للأشخاص الذين يحملون المرض بالفعل، مما يعني أن التصميمات التي ابتكروها ستعمل على الأرجح مع المرضى الحقيقيين.

لإثبات أن هذه الفكرة تنجح في نظام حي، اختبر الفريق هذه الطريقة على مرضين محددين: شكل من أشكال مرض ألزهايمر المبكر، ومرض ألكسندر، وهو حالة تؤثر على الخلايا الداعمة للدماغ. بالنسبة لنموذج ألزهايمر، استخدموا خلايا مشتقة من مرضى يحملون طفرة معينة. وحددوا زوجًا من الاختلافات الشائعة بالقرب من الطفرة وصمموا أداة جزيئية لقطع الحمض النووي بينهما. وعندما طبقوا هذه الأداة على خلايا المرضى، نجحت في إزالة القسم المسبب للمرض من الحمض النووي في النسخة السيئة من الجين مع ترك النسخة السليمة دون مساس. وأظهرت الخلايا التي تم تعديلها انخفاضًا كبيرًا في البروتينات السامة المرتبطة بمرض ألزهايمر. علاوة على ذلك، بدت الخلايا أكثر صحة، مع مستويات أقل من الإجهاد التأكسدي وعلامات أفضل للوظيفة الخلوية الطبيعية مقارنة بالخلايا غير المعدلة.

كرروا هذا النجاح مع مرض ألكسندر، باستخدام استراتيجية قطع مختلفة قليلاً أزالت إشارة بدء الجين. ومرة أخرى، نجحت الأداة في تعطيل الجين الطافر في الخلايا المشتقة من المرضى بشكل انتقائي. وكانت النتيجة انخفاضًا كبيرًا في تكتلات البروتين السام التي تميز المرض، مما جعل الخلايا أقرب إلى الحالة الصحية. وفي كلتا الحالتين، كان التعديل دقيقًا؛ حيث تحقق الباحثون من الخلايا ولم يجدوا أي دليل على أن الأداة قد قطعت أجزاء أخرى من الجينوم عن طريق الخطأ. كانت هذه التجارب بمثابة إثبات للمفهوم، حيث أظهرت أن استراتيجية قائمة على الاختلافات الشائعة يمكنها إسكات جين مسبب للمرض بفعالية دون الحاجة إلى معرفة الطبيعة الدقيقة للطفرة.

لضمان قدرة علماء آخرين على استخدام هذا النهج، بنى الفريق منصة مجانية عبر الإنترنت حيث يمكن للباحثين إدخال اسم أي جين يدرسونه. تقوم المنصة تلقائيًا بالبحث عن أفضل أزواج من الاختلافات الشائعة لاستخدامها في القطع، مما يوفر تصميمًا جاهزًا للعلاجات المحتملة. تحول هذه الأداة عملية حوسبية معقدة إلى شيء متاح، مما يسمح للمجتمع الطبي بتحديد الجينات المناسبة لهذا النوع من العلاج بسرعة. ويؤكد الباحثون أنه بينما يعد عملهم خطوة مهمة، إلا أنه لا يزال في مراحله الأولى. فالتصميمات التي وضعوها تحتاج إلى مزيد من الاختبار لضمان سلامتها وفعالها في البشر. ومع ذلك، فإن القدرة على علاج جزء كبير من المرضى باستراتيجية واحدة غير معتمدة على الطفرة تقدم مسارًا جديدًا للأمراض التي كانت تعتبر لفترة طويلة معقدة للغاية بحيث لا يمكن علاجها.

تكمن أهمية هذا العمل في تحوله من نهج مخصص إلى نهج عام. فلعقود من الزمن، كان الهدف من الطب الجيني هو تفصيل علاج يناسب الفرد. وبينما يظل ذلك مهمًا، فإن استراتيجية COVER تُظهر أنه بالنسبة للعديد من الاضطرابات السائدة، يمكن إيجاد حل أوسع. فمن خلال الاستفادة من الاختلافات الطبيعية الموجودة فينا جميعًا، يمكن للعلماء إنشاء علاجات لا تقتصر على الخطأ المحدد الذي يحمله المريض. هذا لا يعني أن كل مريض سيُشفى فورًا، ولكنه يعني أن حاجز الدخول لهذه العلاجات أصبح أقل بكثير. فبدلاً من الحاجة إلى آلاف الأدوية لآلاف الطفرات المختلفة، قد يمتلك المجتمع الطبي قريبًا مجموعة من التصميمات التي يمكنها تغطية الغالبية العظمى من الحالات. إن المسار من المختبر إلى العيادة طويل، لكن هذه الدراسة توفر خريطة واضحة لكيفية الوصول إلى هناك، محولةً تحدي التنوع الجيني من عقبة إلى فرصة.