Vad kan genredigeringstekniken (CRISPR/Cas9) innebära för patienter med svåra ärftliga sjukdomar? Emma Tham, med dr, specialist i klinisk genetik vid Karolinska Universitetssjukhuset Banbrytande forskning med etiska dilemman – genredigeringstekniken (CRISPR/Cas9) Datum: onsdagen den 4 november kl

2 Får vi genetiskt designa våra framtida barn? Liang P … Huang J, Mar 2015 Protein & Cell; HBB

Vad kan genredigeringstekniken (CRISPR/Cas9) innebära för patienter med svåra ärftliga sjukdomar? Miljö-orsakad En gen fungerar inte Sjukdom En miljöfaktor sjukdom/död Ärftlig sjukdom Vanliga sjukdomar (Cancer Hjärtinfarkt Diabetes)

Vad kan genredigeringstekniken (CRISPR/Cas9) innebära för patienter med svåra ärftliga sjukdomar? 4

Vilka möjligheter kan genredigering öppna för familjer med svåra ärftliga sjukdomar? Genredigering på 1. kroppsceller hos en sjuk individ 2. stamceller hos en sjuk individ 3. könsceller/embryon från en frisk (eller sjuk) individ med syfte att påverka nästa generation 5

1. Genredigering på kroppsceller – behandling av ärftliga sjukdomar 6 Kroppens celler -blodceller - leverceller In vivo

7 2. Genredigering på kroppsceller som redigeras ex vivo –Vanliga celler Eller –Stamceller Risk att dessa celler implanteras i flera organsystem inklusive äggstockar/testiklar och då blir en genredigering av könsceller Ex vivo

3. Genredigering på embryon – möjligheter vid ärftliga sjukdomar 8 Embryon Påverkar framtida generationer Hur skiljer sig genredigering från dagens alternativ?

Vilka preventiva möjligheter erbjuds till familjer med ärftliga sjukdomar idag? Känd sjukdom i familjen – riktad diagnostik eller åtgärd –Spermiedonation eller äggdonation –Adoption –Invasiv fosterdiagnostik med möjlighet till avbrytande av graviditeten –Pre-implantatorisk genetisk diagnostik (PGD) 9

PGD –Allvarlig ärftlig sjukdom som innebär en hög risk för att få ett barn med en genetisk sjukdom eller skada. –Kan användas för monogena sjukdomar OCH kromosomala sjukdomar –Använt sedan 1990 Genredigering-CRISPR/Cas9 –Allvarlighetsgrad och risknivå ej definierade. –Kan användas för monogena sjukdomar –Långtidseffekter okända 10 Skillnader i sjukdomsgenetik

PGD –Kräver provrörsbefruktning och viabla embryon. 30% lyckade födslar –Kan inte användas för nymutationer –Kan använda PGD för flera sjukdomar samtidigt –Måste ha fått ett sjukt barn för att PGD skall kunna tas fram –Mycket specifik diagnostik –Kräver provrörsbefruktning och viabla embryon. 30% lyckade födslar? –Kan inte användas för nymutationer –Kan redigera flera olika gener samtidigt –Behöver inte ha haft ett sjukt barn (men hur vet man om risken att få ett sjukt barn) –Risk för att andra gener redigeras av misstag –Kan användas om PGD misslyckas tekniskt eller inte kan användas av religiösa skäl 11 Genredigering-CRISPR/Cas9 Skillnader i teknik

PGD –Man kan inte ”förbättra” normala gener, bara selektera friska embryon –Egenskaper får inte omfattas av PGD –Donator-matchning av ett syskon får bara ske med PGD efter särskilt tillstånd från Socialstyrelsen –Hur påverkas vår syn på nedärvda sjukdomar när vi kan välja bort embryon med dessa sjukdomar? –Man kan ”förbättra” normala gener (skapa nya egenskaper……) –Egenskaper bör inte få redigeras? –Får man skapa ett syskon som kan bli organdonator? –Hur påverkas vår syn på nedärvda sjukdomar när man kan redigera bort dem? 12 Genredigering-CRISPR/Cas9 Skillnader i etik

13 Får vi genetiskt behandla våra framtida sjuka barn? Får vi genetiskt redigera bort sjuka gener i embryon? Får vi genetiskt redigera friska/normala gener? Får vi forska om dessa områden?

International Summit on Human Gene Editing 1 -3 December 2015 Washington, DC Värd: The Chinese Academy of Sciences (CAS) the Royal Society (the science academy of the UK) the National Academy of Sciences (USA) the National Academy of Medicine (USA) Summit/index.htm 14

15

Cellkärnan: 23 par kromosomer 16 Mitokondrier (cellens energifabrik): 37 gener Ca gener i dubbel uppsättning

Hur ärvs ärftliga sjukdomar ? Kromosomal sjukdom En hel eller del av en kromosom, många gener Oftast nymutationer Monogen sjukdom En mutation i en gen i cellkärnan Nedärvda eller nymutationer Mitokondriell sjukdom En mutation i en gen i mitokondrien Nedärvd från modern 17

Genredigering på könsceller – risker samma slide –Långtidseffekter är idag okända. Jmf IVF en miljon barn har fötts efter IVF –Risk att man även redigerar andra gener än mål-genen (off-target) –Hur påverkas vår syn på nedärvda sjukdomar när man kan redigera bort dem? –Hur definieras en svår genetisk sjukdom? (dödlig under barnaår? dödlig överhuvudtaget?, sjukdomar där vi erbjuder fosterdiagnostik (familjen definierar vad som är svår)? (praxis)(”dödslista”)gränsfall bestäms av Socialstyrelsen. Börja med de svåraste (med tanke på oklara risker) precis som man gjorde för PGD –Får man redigera egenskaper (HLA-typ t.ex.) –Kommer inte att kunna nå de fallen som orsakas av nymutationer –Att redigera en avvikande sekvens till en normal en sak, men att förbättra en ”normalvariant” etiskt tveksamt. Hur kontrollera? 18

–Kromosomavvikelse – cfDNA (NIPT), invasiv fosterdiagnostik, om känd kromosomavvikelse  PGD –Monogen sjukdom –> fosterdiagnostik, PGD, i vissa fall (dominant sjukdom från fadern, X-bunden sjukdom med könsdiagnostik kanske NGS kan diagnosticera i framtiden) –Mitokondreill sjukdom  mitokondrieutbyte När kan genredigering hjälpa mer än PGD -azoospermi pga genetisk orsak -flera genetiska sjukdomar samtidigt -Om man inför populationsscreening av genetik kan man ha t.ex. två föräldar som är bärare av att AR anlag som inte har fått ett sjukt barn än. -om PGD misslyckas -Om omfattande släktgift i flera generationer kan PGD vara tekniskt omöjligt 19

–3% av alla barn föds med missbildningar och/eller mental retardation –40-60% okänd orsak –20-25% "multifaktoriella“ –5-13% miljöfaktorer (infektioner, narkotika….) –12-20% genetiska, (kromosomavvikelser) –Numeriska kromosomavvikelser (hela kromosomen saknas eller finns i tre kopior): ca 1/175 barn (0,6%) –Strukturella kromosomavvikelser (0,4%)

Framtiden: Cell free fetal DNA

22 Tillåt forskning på humana embryon inklusive de som skapats för forskning Data bör vara öppet och tillgängligt för alla Tillåt inte (än) genredigering som klinisk metod Chan S, Donovan PJ, Douglas T, Gyngell C, Harris J, Lovell-Badge R, Mathews DJH, Regenberg A

23 Nature, 519, 410–411, (26 March 2015) Lanphier E, Fyodor Urnov F, Ehlen Haecker S, Werner M, Smolenski J 1 Motverka klinisk genredigering i alla länder 2 Sprid information, utbilda 3 Uppmuntra forskning om genredigering på humana könsceller/embryon Diskutera genredigeringsforskning på embryon/könsceller Tills dess utföra ingen forskning på könsceller

–Notes –0,5% föds med ID –60% genetisk orsak – 40% de novo SNV 24

Varje cell innehåller hela vår arvsmassa. 25 Arvsmassan är lokaliserad till cellens kärna och innehåller ca gener fördelade på 23 par kromosomer (dvs en dubbel uppsättning). 37 gener finns i cellens energifabrik: mitokondrierna

Konsekvenserna av en mutation 26 Kroppens celler (somatiska) tyst mutation Celldöd Cancer Fosterceller tyst mutation Celldöd Cancer missfall missbildning Spermie/Äggceller Tyst mutation Celldöd Cancer Ärftlig sjukdom Infertilitet Nästa generation

Kromosomal sjukdom ca 5-15% v alla graviditeter 0,6-0,9% av alla födda barn ex Trisomi 21

Frisk Sjuk heterozygot Sjuk homozygot Autosomal dominant cystisk njursjukdom Huntingtons sjukdom Akondroplasi Autosomalt dominant Monogena sjukdomar

Huntingtons sjukdom Autosomalt dominant 29 1/ drabbas Psykiatriska symtom Ofrivilliga rörelser (danssjuka) Demens Död inom 10-25år Risk att barnen drabbas vid yngre ålder Idag finns ingen behandling Monogena sjukdomar

Autosomalt dominant, nymutation 30 Uppskattningsvis ca 20% av alla medfödda syndrom inklusive utvecklingsförsening orsakas av nymutationer i dominanta gener (Veltman & Brunner 2012) Monogena sjukdomar

FRISK ANLAGS- BÄRARE SJUK Autosomalt recessiv HM Ex: PKU, Medfödd binjurebarkshyperplasi Monogena sjukdomar

PKU, fenylketonuriAutosomalt recessiv Symtom: Inga symtom vid födseln Fr.o.m. ca 6 månaders ålder fortskridande utvecklingsstörning pga skador i hjärnan Orsakas pga att man inte kan bryta ned aminosyran fenylalanin Ca 7 barn (av ) föds per år i Sverige med PKU Behandling: PKU –Proteinreducerad kost - livslångt –Aminosyrablandning som är fri från fenylalanin. Monogena sjukdomar

FRISK ANLAGS- BÄRARE SJUK FRISK SJUK HM X-bunden recessiv Ex: hemofili, vissa typer av blindhet Monogena sjukdomar

Blödarsjuka (hemofili) X-bunden recessiv –Drabbar ca 1/4000 födda pojkar –Orsakas av brist på proteinet ”faktor VIII” som är del av blodets koagulationsmekanism pga mutation i FVIII-genen.  blödningar i huden, munnen, hjärnan, leder med mera. –Utan behandling är förväntad livslängd 11år. –Behandling: ge FVIII Monogena sjukdomar

Mitokondriell sjukdom –Bild och exempel 35

Fosterdiagnostik 36 A.Screening – screening för vanliga genetiska avvikelser –NIPT (trisomi 21, 13, 18 på blodprov från mamma) –KUB (biokemiskt test + tidig ultraljud, ger risk för trisomi 21) B. Om den genetiska orsaken är känd –Fostervattensprov (från v14) –Moderkaksprov (v11-13)

Pre-implantatorisk genetisk diagnostik –Bild med provrörsbefruktning och PGD –Krav: –<40år, har ej 2 friska barn, känd genetisk orsak och har fått ett sjukt barn med diagnosen (krävs för att få en säker analys), –Problem: –går ej om infertil (dvs inga funktionella spermier eller ägg) –ibland få ägg/embryon, –Kan bli bara sjuka embryon, –Tekniskt svårt vid släktgifte i flera generationer –Tekniskt svårt om det finns flera olika sjukdomar samtidigt 37

Embryobiopsi m/watch?v=v8381vice h8

Mitokondrie-utbyte 39

Vilka preventiva möjligheter erbjuds till familjer med ärftliga sjukdomar idag? – del 1 Inga sjuka i familjen – ev screening för nya mutationer - Trisomi-screen (KUB, NIPT, Non-invasive prenatal test) - Framtida-NIPT andra kromosomavvikelser kända mutationer vid monogena sjukdomar 40

41