- Статьи
- Наука и техника
- Все коды записаны: улучшенный геномный редактор поможет в лечении редких болезней
Все коды записаны: улучшенный геномный редактор поможет в лечении редких болезней
Российские ученые сумели существенно повысить эффективность праймированного геномного редактирования. Они разработали и протестировали новый подход и смогли сделать эту методику более безопасной и точной. Специалисты работали с самым частым в европейской популяции патогенным вариантом гена CFTR, приводящим к муковисцидозу. Но новый подход универсален и в будущем может быть применен для коррекции тысяч наследственных патологий, рассказали опрошенные «Известиями» эксперты.
Как ученые улучшили геномный редактор
Коллектив российских ученых разработал и показал эффективность нового подхода в праймированном геномном редактировании. Об этом сообщили в пресс-службе Минобрнауки. Оно позволяет довольно точно корректировать конкретные участки ДНК и безопаснее классического редактора, поскольку действует точно и разрезает только одну нить ДНК, а не обе. Работу выполнили ученые из Медико-генетического научного центра (МГНЦ) имени академика Н.П. Бочкова Министерства науки и высшего образования и Федерального медицинского биофизического центра имени А.И. Бурназяна ФМБА.
Специалисты работали с самым частым в европейской популяции патогенным вариантом гена CFTR — F508del, приводящим к муковисцидозу и характеризующимся «выпадением» трех нуклеотидов.
Как пояснили ученые, сейчас для пациентов с этой болезнью разработаны препараты таргетной терапии, существенно улучшающие состояние здоровья. Однако они назначаются строго в зависимости от генотипа, не при каждом патогенном варианте такое лечение будет эффективно. Другая проблема — лекарственные препараты необходимо принимать в течение всей жизни, поэтому поиск подходов, позволяющих скорректировать непосредственно саму причину болезни, то есть вариант в самом гене, остается актуальным.
Геном — это своего рода огромная инструкция по сборке и работе человеческого тела, написанная буквами-нуклеотидами. Опечатка в одном слове (гене) может привести к серьезной болезни. Муковисцидоз — как раз такая «опечатка». Ученые давно работают над молекулярной технологией «карандаша и ластика», чтобы исправить эту ошибку прямо в тексте-геноме. Это и есть геномное редактирование.
Последние исследования лаборатории редактирования генома МГНЦ показали, что система праймированного редактирования имеет большую эффективность по сравнению с другими. В отличие от них она вносит разрыв только в одну нить ДНК, что делает ее более безопасной. Еще одно ее преимущество — отсутствие офф-таргет-эффекта, когда разрыв ДНК происходит в нецелевой области.
Однако при этом эффективность самого метода нестабильна, она может меняться в зависимости от многих факторов. Как пояснили «Известиям» специалисты МГНЦ, естественная система репарации ДНК успевает вмешаться и залатать разрыв, который сделал редактор, используя прежний патогенный вариант нуклеотидной последовательности, а не новый, который синтезируется на месте разрыва.
Ученые МГНЦ модифицировали систему редактирования так, чтобы сразу же удалять патогенный вариант последовательности, тогда система репарации будет использовать новый, правильный вариант.
Специалисты разработали и протестировали 12 вариантов модификации этой системы для коррекции патогенного варианта CFTR F508del в базальных клетках дыхательных путей, полученных от пациентов. Эффективность одной из них оказалась выше по сравнению со стандартным редактором до 2,13 раза.
— Сегодня многие научные группы работают над повышением эффективности праймированного редактирования, например используют разные белки, участвующие в репарации ДНК в системе репарации. Однако именно такой подход с удалением ненужной нуклеотидной последовательности мы применили впервые, — рассказала «Известиям» заведующая лабораторией редактирования генома, к.м.н. Светлана Смирнихина.
Как пояснили «Известиям» эксперты, стандартный праймированный редактор подходил к нужному участку ДНК (двойная спираль), делал аккуратный надрез только в одной цепи и «подсовывал» клетке исправленный образец. Но система репарации клетки может игнорировать новый образец, зашивая разрыв с помощью старой, ошибочной, копии, поэтому эффективность может изменяться.
Ученые решили, что мешает старый, вырезанный, фрагмент ДНК — тот самый «хвост». Они прикрепили к своему редактору дополнительный инструмент — белок экзонуклеазу FEN, которая отрезает этот мешающий «хвост». Так клетке гораздо проще использовать синтезированный правильный шаблон для устранения разрыва. Это и позволило значительно повысить эффективность коррекции самой частой мутации в европейской популяции, приводящей к муковисцидозу.
Генная терапия муковисцидоза
Классический метод CRISPR-Cas9 нередко вызывает нецелевое редактирование, то есть вносит изменения в тех областях генома, которые не должны быть затронуты, отметил научный сотрудник Института изучения старения Российского государственного научно-клинического центра РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России Михаил Болков. Более того, предыдущие методы могли редактировать определенные с точки зрения структуры и химии участки ДНК, а метод прайм-редактирования потенциально позволяет исправить до 89% генетических заболеваний человека.
— Но и этот метод имеет свои ограничения. Одна из самых острых проблем состоит в том, что у нас есть собственные системы репарации ДНК, и они быстрее. В момент, когда происходят редактирование и вырезание неправильного участка, система репарации может обогнать наш фермент и залатать пробел не по нашему доставленному образцу, а по вырезанному старому, с ошибкой, то есть возвращает всё как было. Именно на это направлено отечественное улучшение системы прайм-редактирования. В данном случае нецелевое редактирование оказалось минимальным, — сказал специалист.
Это достижение — важный шаг на пути к генной терапии муковисцидоза, но до клиники еще далеко, рассказал «Известиям» руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета Альберт Ризванов.
— Удвоение эффективности редактирования — это прорыв в лаборатории, однако для реального лечения необходимо гарантированно исправить мутацию почти в 100% клеток с очень высокой точностью. Разработанный подход может быть одним из вариантов решения проблемы низкой эффективности праймированного редактирования. Он универсален и в будущем может быть применен для коррекции тысяч других наследственных заболеваний, что и является главным значением этой работы, — сказал эксперт.
Результаты совместного исследования российских ученых опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.
Муковисцидоз — системное наследственное заболевание, обусловленное мутацией гена трансмембранного регулятора муковисцидоза и характеризующееся поражением желез внешней секреции, тяжелыми нарушениями функций органов дыхания.
