بار جهانی سرطان و محدودیت‌های درمان‌های مرسوم، پتانسیل تناوب‌های کوتاه پالیندرومیک فاصله‌دار منظم خوشه‌ای – پروتئین مرتبط 9 CRISPR (CRISPR-Cas9) را در تغییر الگوهای درمان سرطان برجسته می‌سازد. در این مطالعه مروری، ما مکانیسم CRISPR، یک سیستم ایمنی تطبیقی در باکتری‌ها که ویرایش ژن بسیار دقیق در سطح مولکولی را ممکن می‌سازد، بررسی کرده‌ایم. این ابزار چندمنظوره، کارایی خود را در درمان سرطان انسان از طریق حذف ژن، اختلال متابولیک، ویرایش باز، غربالگری و تقویت ایمونوتراپی بدون تأثیر بر حوزه‌های طبیعی بدن نشان می‌دهد. علی‌رغم برتری آن نسبت به سایر نوکلئازها مانند نوکلئازهای انگشت روی و نوکلئازهای فعال‌کننده رونویسی شبه افکتور، موانعی مانند اثرات خارج از هدف، انتقال ناکارآمد سیستم به سلول‌های هدف، ظهور سلول‌های فرار و بحث‌های اخلاقی پیرامون ویرایش ژنوم مورد بحث قرار گرفته‌اند. در این مقاله، ما رویکردهای امیدوارکننده CRISPR-Cas9 در درمان سرطان را ضمن بررسی مکانیسم اساسی، مزایا و چالش‌های مرتبط، مرور کرده‌ایم.

CRISPR در درمان با سلول‌های CAR-T

ایمونوتراپی یک روش درمانی شناخته شده برای سرطان است که درمان با سلول‌های CAR-T نمونه‌ای از آن است. به طور معمول، سلول‌های T یک پاسخ ایمنی طبیعی در برابر سلول‌های تومور ایجاد می‌کنند. با این حال، سلول‌های تومور می‌توانند با کاهش تعداد مولکول‌های MHC1 در سطح خود، که مسئول جذب سلول‌های T کشنده است، خود را از شناسایی پنهان کنند. سلول‌های T مستقر شده به دلیل حضور مداوم گیرنده‌های بازدارنده، که مهم‌ترین آن‌ها PD-1 و CTLA-4 هستند، به زودی خسته می‌شوند. با اتصال به لیگاند‌های مکمل، یعنی PD-L1/L2، روی سلول‌های تومور، سلول‌های T مربوطه غیرفعال و در نتیجه خسته می‌شوند. CTLA-4 یک گیرنده کمک‌تحریکی بازدارنده است و بیان آن بر روی سلول‌های T تنظیمی، عملکرد سرکوب‌کننده ایمنی آن‌ها را افزایش می‌دهد.

در درمان با سلول‌های CAR-T، برای بهبود شناسایی، سلول‌های T بیمار برداشت و برای بیان گیرنده‌های آنتی‌ژن کایمریک برنامه‌ریزی مجدد می‌شوند، که آن‌ها را قادر می‌سازد به طور موثر و مستقل از MHC1، سلول‌های تومور را شناسایی و به آن‌ها متصل شوند. دامنه سیگنال‌دهی درون سلول‌های CAR-T، از طریق آزاد شدن سیتوکین‌ها، باعث تخریب سلول‌های تومور می‌شود و بار تومور را به طور تصاعدی کاهش می‌دهد و به ویژه در برابر بدخیمی‌های خونی مانند لوسمی و مولتیپل میلوما موثر است.

CRISPR می‌تواند برای تقویت پاسخ ایجاد شده توسط این سلول‌های CAR-T از طریق طولانی کردن فعالیت و جلوگیری از خستگی سلول‌های CAR-T استفاده شود. حذف ژن گیرنده PD-1 به طور موثر از تخریب جلوگیری کرده و عملکرد سلول‌های T را در برابر سلول‌های تومور طولانی می‌کند. به طور مشابه، حذف ژن مسئول تولید PTP1B در سلول‌های T نیز نشان داده است که فعالیت ضد توموری سلول‌های CAR-T را در برابر تومورهای جامد افزایش می‌دهد. PTPB1 به عنوان یک تنظیم‌کننده منفی عمل می‌کند که پاسخ‌های سلول T را تضعیف کرده و انسداد PD-1 را تقویت می‌کند. به همین ترتیب، Tang و همکاران ژن TGFBR2 را در سلول‌های CAR-T حذف کردند، در نتیجه تنظیم منفی فاکتور رشد تبدیل‌کننده بتا-1 را از بین بردند و نظارت ایمنی سلول‌های T را بهبود بخشیدند. اختلال در CTLA-4 از طریق حذف ژن ممکن است با مهار اثرات سرکوب‌کننده آن بر سلول‌های T، پاسخ سلول CAR-T را بیشتر تقویت کند.

آزاد شدن بیش از حد سیتوکین، به ویژه GM-CSF، توسط مونوسیت‌ها و ماکروفاژها می‌تواند منجر به سندرم آزادسازی سیتوکین و سمیت عصبی شود، که ممکن است منجر به غیرفعال شدن زودرس سلول‌های CAR-T شود. حذف GM-CSF با واسطه CRISPR، فعالیت ضد توموری سلول‌های CAR-T را تقویت می‌کند. بیمارانی که چندین دوره شیمی‌درمانی را گذرانده‌اند، و همچنین افراد مسن و نوزادان، به دلیل ذخیره کم سلول‌های T، کاندیداهای ایده‌آلی برای درمان با سلول‌های CRISPR-CAR-T نیستند. CRISPR به عنوان یک ابزار ویرایش ژن کارآمد، به طور قابل توجهی استفاده از سلول‌های T فرد را برای مبارزه با سرطان بهبود بخشیده است.

ویرایش پایه CRISPR

اجزای فناوری CRISPR می‌توانند در جدیدترین تکنیک‌های ویرایش ژنوم به نام ویرایشگرهای باز سیتوزین (CBE) و ویرایشگرهای باز آدنین (ABE) استفاده شوند. CBE تبدیل مستقیم یک جفت باز C-G به یک جفت باز A-T را تسهیل می‌کند، در حالی که ABE، A-T را به C-G تبدیل می‌کند و جهش‌های نقطه‌ای دقیق بدون ایجاد شکستگی‌های دو رشته‌ای (DSB) به دست می‌آورد. با انجام این کار، می‌توانیم کدون‌های “پایان” زودرس را وارد کنیم، از این رو کاربرد آن‌ها در درمان‌های سرطان است. این روش، همانطور که توسط Komor و همکاران شرح داده شده است، یک تبدیل غیرقابل برگشت است و اثرات خارج از هدف را به حداقل می‌رساند، بنابراین ایمنی و قابلیت اطمینان را تضمین می‌کند. کاربرد عملی آن شامل تصحیح جهش p53 در سرطان سینه است.

اثرات “خارج از هدف”

شیوع اثرات خارج از هدف یک نگرانی اساسی برای کاربرد درمانی CRISPR-Cas9 است، زیرا اختصاصیت آن کامل نیست. در حالی که sgRNA برای ایجاد درج و حذف‌ها (indels) در مکان‌های هدف خاص طراحی شده است، خطر هدایت نادرست آن وجود دارد که منجر به تغییرات ژنتیکی مشابه در مناطقی غیر از محل هدف می‌شود. چنین پیامدهای ناخواسته‌ای، به جای پرداختن به هدف درمان سرطان، ممکن است با ایجاد جهش‌ها و حذف‌های اضافی یا با تولید پروتئین‌های ناقص، وضعیت را بدتر کرده و فرد را مستعد ابتلا به بیماری‌های دیگر کرده و وضعیت سلامتی او را وخیم‌تر کند.

راهکارهای کاهش اثرات خارج از هدف شامل اصلاح sgRNA برای هدف قرار دادن توالی‌های DNA مکمل کوتاه‌تر از 20 نوکلئوتید و کاهش مدت زمان بیان و اتصال sgRNA است. هر دوی این اقدامات هدف‌گیری دقیق به بهبود نسبت هدف به خارج از هدف کمک می‌کنند. علاوه بر این، مهندسی ژنتیک تولید انواع مختلف پروتئین‌های Cas را ممکن ساخته است که امکان کنترل دوره تولید Cas9 فعال و در نتیجه کاهش فعالیت بیش از حد CRISPR-Cas9 در سیستم را فراهم می‌کند و از این طریق اثرات خارج از هدف را به حداقل می‌رساند.

علاوه بر این، گزارش شده است که انرژی اتصال DNA بیش از حد، ویرایش ژن خارج از هدف را افزایش می‌دهد. با ایجاد جهش در Cas9، این انرژی می‌تواند خنثی شده و تغییرات غیر اختصاصی کاهش یابد. تمام این اقدامات به طور جمعی اختصاصیت سیستم CRISPR-Cas9 را بهبود می‌بخشند.

نتیجه‌گیری

CRISPR-Cas9 اوج موفقیت در مهندسی ژنتیک را نشان می‌دهد. این سیستم که در ابتدا به عنوان یک مکانیسم دفاعی پروکاریوتی کشف شد، تأثیر عمیق و دگرگون‌کننده‌ای بر سلامت انسان، به ویژه در زمینه سرطان‌شناسی، داشته است. سهولت سفارشی‌سازی، امکان‌پذیری و دقت CRISPR برتری آن را تثبیت می‌کند. نگرانی‌هایی مانند اثرات خارج از هدف همچنان وجود دارد پیش از آنکه بتوان آن را به طور گسترده به عنوان یک درمان استاندارد سرطان پذیرفت.

علی‌رغم این چالش‌ها، هدف اصلی CRISPR-Cas9 کاهش رنج انسان ضمن حفظ ایمنی، کرامت و پایبندی به اصول اخلاق زیستی است. مزایای بالقوه آن بر چالش‌های موجود غلبه می‌کند و تلاش‌های مستمر برای غلبه بر محدودیت‌ها و تحقق پتانسیل کامل آن ضروری است. با نوآوری‌های مداوم بشری، CRISPR به عنوان یک درمان بالینی و یک ابزار قدرتمند برای پیشگیری و درمان بیماری‌های ژنتیکی، از جمله سرطان، امیدبخش است.

منبع :بررسی تناوب‌های کوتاه پالیندرومیک فاصله‌دار منظم خوشه‌ای – پروتئین مرتبط 9 CRISPR (CRISPR-Cas9) به عنوان یک روش درمانی برای سرطان: یک مطالعه مروری دامنه