NANOG – nyckelgenet som bestämmer om embryot ska bli en människa eller moderkaka

Vad Cambridge-teamet upptäckte om NANOG

Forskarna använde sig av en typ av basredigering kallad adenin-basredigering (ABE) för att stänga av NANOG-genen i mänskliga embryon som skänkts till forskning. De kunde då se att NANOG är oumbärlig för att embryot ska kunna bilda ett foster. Utan genen förlorar cellerna i den inre cellmassan förmågan att differentiera till epiblast (den cellinje som ger upphov till själva fostret). Istället styrs cellerna mot att bli moderkaksvävnad (trofoblast) .

Studien visade också att basredigering i mänskliga embryon är effektiv och, till skillnad från när man använder traditionell CRISPR/Cas9 som klipper av DNA:t, inte orsakar kromosomavvikelser eller stora deletioner .

Så fungerar basredigering jämfört med CRISPR/Cas9

Basredigering är en vidareutveckling av CRISPR-tekniken. Istället för att klippa av båda DNA-strängarna (dubbelsträngsbrott) använder den ett modifierat Cas9-protein som är kopplat till ett deaminasenzym. Detta enzym kan kemiskt omvandla en DNA-bas till en annan (t.ex. C→T eller A→G) utan att bryta sönder DNA-strukturen .

Funktion	Konventionell CRISPR/Cas9	Basredigering
Mekanism	Skapar dubbelsträngsbrott (DSB)	Inga DSB; direkt kemisk omvandling av en enskild bas
Reparationsmekanism	Använder cellens NHEJ eller HDR	Kräver inte DSB-reparation
Oönskade indels (in-delar)	Vanligt (biprodukt av NHEJ)	Sällsynt eller saknas
Kromosomavvikelser	Kan orsaka stora deletioner och omflyttningar	Observerades inte i studien på mänskliga embryon
Off-target-effekter	Väl dokumenterade	Finns också; vissa högaktiva basredigerare (t.ex. ABE8e) kan ge fler off-target-ställen än Cas9

Den stora fördelen med basredigering är att den undviker den strukturella förödelse (stora deletioner, kromosomomflyttningar) som Cas9-inducerade dubbelsträngsbrott ofta orsakar. Redigeringen blir därför mycket renare på målplatsen .

Avvägningen: Basredigerare kan dock fortfarande orsaka så kallade 'bystander'-effekter (redigering av närliggande baser inom aktivitetsfönstret) och off-target-effekter. Studier har visat att vissa basredigerare (t.ex. ABE8e) under kontrollerade förhållanden kan ge upphov till fler off-target-ställen än Cas9 .

Slående skillnader mellan mänskliga embryon och musembryon

Studien avslöjade en avgörande skillnad mellan hur mänskliga embryon och musembryon reagerar när NANOG slås ut :

• Musembryon: Förlust av Nanog leder till tidig embryonal dödlighet, men embryot kan fortfarande påbörja viss differentiering. Nanog är viktigt för att bibehålla pluripotens i den inre cellmassan .
• Mänskliga embryon: När NANOG slogs ut misslyckades cellerna i den inre cellmassan fullständigt med att bilda epiblasten. Istället omdirigerades nästan alla celler mot trofoblastlinjen (moderkakan). Förlusten var mer djupgående och cellernas öde var mer styrt än hos möss .

Oberoende experter som kommenterat studien kallar fynden "slående" och påpekar att det mänskliga embryot har ett betydligt striktare krav på NANOG för att kunna etablera epiblastlinjen, vilket understryker vikten av att forska direkt på mänsklig utveckling snarare än att enbart förlita sig på djurmodeller .

Etiska överväganden och regleringskontext

Studien har väckt både beröm och oro, vilket återspeglas i Nature:s artikel med rubriken "Precise genome editing of human embryos triggers praise and alarm" .

Viktiga etiska frågor som väckts:

• Arvbar könscellsredigering: Studien är grundforskning (inte inriktad på att skapa en graviditet), men tekniken skulle i teorin kunna användas i ett kliniskt, ärftligt sammanhang. Ändringar som görs i ett embryo kan föras vidare till framtida generationer .
• Off-target- och oavsiktliga effekter: Trots basredigeringens förbättrade precision kvarstår off-target-effekter och bystander-mutationer som ett betydande problem för eventuell framtida klinisk användning .
• Risk för slippery slope: Vissa bioetiker befarar att demonstrationen av teknikens funktion i forskningsembryon för världen närmare "designerbabies" eller icke-medicinsk förbättring .
• Samtycke och välfärd: Nuffield Council on Bioethics har dragit slutsatsen att ärftlig genomredigering endast kan vara etiskt acceptabelt om det syftar till att säkerställa välfärden för den framtida personen och inte ökar ojämlikhet eller diskriminering. De flesta organisationer är överens om att tekniken ännu inte är tillräckligt säker för klinisk användning .

Regleringskontext i Storbritannien:

• Forskningen utfördes under licens från den brittiska myndigheten Human Fertilisation and Embryology Authority (HFEA). HFEA tillåter genredigeringsforskning på embryon för grundforskning, men inte för implantation .
• HFEA:s regelverk (Human Fertilisation and Embryology Act 1990) kräver att all licensbelagd embryoforskning har en tydlig vetenskaplig motivering, uppfyller etiska standarder och att det inte finns något hållbart alternativ till att använda embryon .
• Arvbar genomredigering för reproduktion är fortfarande olaglig i Storbritannien. HFEA har slagit fast att genomredigering ännu inte är tillräckligt precis eller kontrollerbar för att tillåta säker klinisk användning .
• WHO har också publicerat ett ramverk för styrning som efterlyser en försiktig, stegvis strategi med bred offentlig debatt innan någon form av ärftlig genomredigering övervägs .
• Andra länder (t.ex. Kina, USA) har varierande regleringsramar, men det finns en bred internationell konsensus mot klinisk ärftlig redigering i detta skede .