Новый инструмент CRISPR лечит болезни без изменения ДНК
Технология редактирования генов CRISPR/Cas9 появилась совсем недавно, но учёные не сомневаются, что в будущем этот инструмент позволит лечить многие заболевания, включая рак и СПИД. Уже сегодня в научных центрах по всему миру эти "молекулярные ножницы" используются для исправления ошибок в клетках животных , "улучшения" человеческих эмбрионов и даже "корректировки" взрослых людей .
Всё было хорошо, пока, как гром среди ясного неба, не прогремели результаты исследования, в ходе которого выяснилось, что вмешательство в генетический код может приводить к непредвиденным мутациям. И похоже, что теперь массовое внедрение генной терапии откладывается до появления весомых доказательств её безопасности.
Но оказывается разрезать и сшивать ДНК совсем не обязательно. Учёные из Института биологических исследований Солка модифицировали технологию CRISPR, чтобы включать и выключать определённые гены эпигенетическим путём, то есть без изменения цепочки нуклеотидов.
"Несмотря на то, что многие исследования продемонстрировали, что CRISPR/Cas9 можно применять в качестве мощного инструмента для генной терапии, растёт озабоченность по поводу нежелательных мутаций, вызванных двухсторонними разрезами ДНК, – говорит старший автор новой работы Хуан Карлос Исписуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte). – И мы смогли обойти эту проблему".
Напомним, что система CRISPR состоит из искусственно созданной наводящей РНК и фермента Cas9. Этот комплекс загружается в безобидный аденоассоциированный вирус (AAV) и с его помощью доставляется в клеточное ядро. Молекула РНК содержит копию небольшого фрагмента ДНК, соответствующего месту, где нужно совершить разрез. Она прикрепляется к заданному участку, после чего белок Cas9 разрезает цепочку.
В новой работе команда использовала неактивную форму фермента, которая называется dCas9. Модифицированная система по-прежнему могла нацеливаться на нужный ген, но не изменяла ДНК. Кроме того, к молекулярному комплексу добавили особые молекулы, которые обычно присоединяются к ДНК, не меняя последовательность её нуклеотидов, и подобно переключателям активируют или останавливают ˆтранскрипцию отдельных генов.
Стоит отметить, что учёные сразу столкнулись с проблемой: слишком громоздкий комплекс уже не помещался "внутри" транспортирующего его вируса, доставляющего генетические инструменты к цели. Пришлось отправлять "посылку" по частям, поместив фермент в один вирус, а РНК и переключатели – в другой. При этом исследователи немного усовершенствовали молекулы, чтобы, попав в клетку, составные части снова объединились и вместе достигли места назначения.
Для проверки нового метода исследователи провели эксперименты с мышами, страдающими от трёх разных заболеваний: почечной недостаточности, диабета первого типа и мышечной дистрофии. В каждом случае животным вводили системы CRISPR, настроенные на увеличение экспрессии определённых генов, которые предположительно могли благотворно повлиять на организм.
У мышей с больными почками команда нацелилась на два гена, которые влияют на работу этого органа. В результате наблюдалось увеличение содержания соответствующего белка и улучшение почечной функции. В случае с диабетом система нацеливалась на гены, активирующие рост клеток, которые производят инсулин. Результатом лечения стало снижение уровня сахара в крови. Борьба с мышечной дистрофией также дала позитивный результат, и симптомы удалось обратить вспять.
Исследование, результаты которого были опубликованы в издании Cell, открывают принципиально новый подход для лечения самого широкого спектра заболеваний и дают надежду многим пациентам. Правда, учёным ещё предстоит проделать много работы, прежде чем новый метод лечения можно будет испытать на людях.