Возможность редактирования генов в живых организмах позволяет лечить множество наследственных болезней. Однако большинство разновидностей инструментов редактирования генов нельзя нацелить на наиболее важные участки ДНК.
Создание технологии с такой опцией — достаточно сложная задача, поскольку живые ткани содержат различные типы клеток.
В настоящее время исследователи Института Солка (Salk Institute) разработали новый инструмент редактирования генома мыши под названием SATI (Single homology Arm donor mediated intro-Targeting Integration), позволяющий работать с более широким спектром мутаций и типов клеток. Технология редактирования генов, описанная в исследовании, опубликованном в Cell Research, может быть применена при широком спектре мутаций, например, при болезни Гентингтона и редком синдроме преждевременного старения — прогерии.
«Это исследование показало, что SATI — мощный инструмент для редактирования генома, — говорит Хуан Карлос Исписуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte), профессор лаборатории экспрессии генов и старший автор статьи. — SATI может оказаться полезным для разработки эффективной стратегии по замещению целевых генов множеством различных типов мутаций и открывает возможности для использования инструментов редактирования генов при лечении большего количества генетических заболеваний».
Методы, модифицирующие ДНК, в частности система CRISPR-Cas9, как правило, наиболее эффективны в применении к делящимся клеткам, например клеткам кожи и кишечника. Они используют естественные механизмы восстановления клеточной ДНК. Ранее лаборатория Исписуа Бельмонте показала, что их технология редактирования генов на основе CRISPR-Cas9, названная HITI (Homology-Independent Targeted Integration), может нацеливаться как на делящиеся, так и на неделящиеся клетки (к последним относятся, например, нервные клетки центральной нервной системы, меланоциты, некоторые популяции клеток поджелудочной железы, взрослые кардиомиоциты и др.).
Новый метод, SATI, помимо прочего, не заменяет мутированные гены, а отправляет их в нокаут. Это усовершенствованная версия предыдущего метода, HITI, позволяющая нацеливаться на некодирующие части генома. SATI работает путём вставки нормальной копии проблемного гена в некодирующий участок ДНК перед областью мутации. Новый ген затем интегрируется в геном вместе со старым посредством одного из нескольких путей восстановления >ДНК. Так новый ген избавляет организм от вредного воздействия первоначального мутировавшего гена без риска причинить ущерб, связанный с полной заменой последнего.
Учёные протестировали технологию SATI на живых мышах с прогерией, вызванной мутацией гена LMNA. Как у людей, так и у мышей, прогерия выражается в признаках преждевременного старения, дисфункции сердца и резкого сокращения продолжительности жизни из-за накопления белка прогерина. При использовании SATI у мышей с прогерией им вставлялась нормальная копия гена LMNA. Исследователи заметили уменьшение особенностей старения в нескольких тканях, включая кожу и селезёнку, а также увеличение продолжительности жизни (на 45 % по сравнению с мышами, больными прогерией, не подвергшимися процедуре). У людей аналогичное увеличение продолжительности жизни составит более 10 лет. Таким образом, система SATI является первой технологией, способной нацеливаться на некодирующие участки ДНК во множестве типов тканей.
Группа исследователей также стремится повысить эффективность SATI за счёт увеличения количества клеток, в состав которых входит новая ДНК.
«В частности, мы изучили детали клеточных систем, участвующих в восстановлении ДНК, чтобы усовершенствовать технологию SATI», — говорит Рейна Эрнандес-Бенитес (Reyna Hernandez-Benitez), соавтор статьи и научный сотрудник лаборатории.
Подготовка материала: Лина Медведева