Новый белок CRISPR-Cas9 для повышения точности редактирования генома
Исследователи из Городского университета Гонконга (CityU) и Каролинского института разработали новый белок, который помогает повысить точность нацеливания в процессе редактирования генома. Предполагается, что он будет полезен для будущей генной терапии у людей, требующей высокой точности.
CRISPR-Cas9 — перспективная технология редактирования генов с широким спектром потенциального применения: от лечения генетических заболеваний до создания засухоустойчивых культур. Уже ведутся клинические испытания CRISPR-Cas9 для лечения рака, заболеваний крови и глаз.
Исправление генетических дефектов на месте
CRISPR-Cas9 считается мощным инструментом, поскольку он упрощает модификацию генов. В отличие от традиционной генной терапии, где в клетки вводятся дополнительные копии нормального гена, CRISPR-Cas9 «ремонтирует» дефекты на месте, удаляя проблемную ДНК или исправляя её для восстановления нормальной функции гена.
В этом процессе фермент Cas9 отвечает за поиск проблемной ДНК в геноме перед внесением изменений. Однако иногда он может работать недостаточно точно, что приводит к модификациям ДНК в непредназначенных местах генома. Такие нецелевые изменения потенциально могут иметь серьёзные последствия, например, вызывать рак, как случалось в ранних испытаниях генной терапии. Поэтому для CRISPR-Cas9 критически важно проводить «молекулярную хирургию» генома с высокой точностью.
В настоящее время в CRISPR обычно используются две версии Cas9: SpCas9 (из бактерии Streptococcus pyogenes) и SaCas9 (из Staphylococcus aureus). Обе имеют определённый уровень неточности или нецелевого эффекта. Учёные уже создали варианты SpCas9 с улучшенной точностью нацеливания, но они могут быть слишком велики для упаковки в малый вектор доставки — адено-ассоциированный вирусный (AAV) вектор, — который обычно используется для терапии in vivo.
В отличие от SpCas9, SaCas9 значительно меньше и легко помещается в AAV-векторы с ограниченной грузоподъёмностью. Однако до сих пор не было доступного варианта SaCas9 с высокой точностью нацеливания на уровне всего генома.
SaCas9-HF значительно повысил точность нацеливания в геноме
Группа под руководством доктора Чжэн Цзунли и доктора Ши Цзяхая успешно создала вариант CRISPR-Cas9 под названием SaCas9-HF, который демонстрирует высокую точность нацеливания в геноме человеческих клеток без потери эффективности на целевых участках.
Выводы исследования основаны на строгой оценке 24 целевых участков в человеческом геноме, где сравнивались оригинальный (дикий тип) SaCas9 и новый SaCas9-HF. Для тех мишеней, у которых в геноме есть высокосходные последовательности и которые склонны к нецелевому редактированию ферментом дикого типа, SaCas9-HF снизил нецелевую активность примерно на 90%. Для многих мишеней с относительно меньшим нецелевым редактированием у дикого типа фермента SaCas9-HF показал почти не обнаруживаемую нецелевую активность.
Альтернатива для применения SaCas9 в редактировании генома
«Наша разработка этого нового SaCas9 предоставляет альтернативу инструментарию Cas9 дикого типа, когда требуется высокоточное редактирование генома. Это будет особенно полезно для будущей генной терапии с использованием AAV-векторов для доставки "лекарства" для редактирования генома in vivo и будет совместимо с последней платформой CRISPR "прайм-редактирования", которая может "найти и заменить" целевые гены», — сказал доктор Чжэн.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) в статье «Rationally engineered Staphylococcus aureus Cas9 nucleases with high genome-wide specificity».