Новый супрамолекулярный носитель CRISPR–Cas9 обеспечивает более эффективное редактирование генома
CRISPR-Cas9 — революционный инструмент редактирования генов, но его применение ограничено из-за отсутствия безопасных и эффективных методов доставки в клетки. Исследователи из Университета Кумамото (Япония) создали высокоадаптивный носитель на основе аминированного полиротаксана (PRX). Он не только связывается со сложной структурой Cas9 и доставляет её в клетки, но и защищает от внутриклеточной деградации в эндосомах.
Система CRISPR-Cas9, состоящая из белка Cas9 и направляющей РНК (sgRNA), действует как «молекулярные ножницы», позволяя точно редактировать ДНК. Прямая доставка комплексов Cas9–sgRNA (рибонуклеопротеинов, RNP) в ядро клетки считается самым безопасным и эффективным способом редактирования. Однако Cas9 RNP плохо проникает через клеточную мембрану и требует носителя, который должен:
- Связаться с Cas9 RNP.
- Доставить его в клетку.
- Защитить от деградации в эндосомах.
- Высвободить, не повредив структуру.
В статье, опубликованной в июне 2022 года в журнале Applied Materials Today, команда представила трансформируемый носитель на основе полиротаксана (PRX), который обеспечивает высокоэффективное редактирование генома с помощью Cas9 RNP. Это первое сообщение о носителе Cas9 RNP на основе PRX.
Разработка носителя
Исследователи сфокусировались на аминированном PRX (amino-PRX) и прошли несколько этапов оптимизации:
- 1G: Использовал способность amino-PRX к автономной трансформации для эффективного связывания и доставки Cas9 RNP через клеточную мембрану.
- 2G: Решал задачу побега из эндосомы. Аминогруппы в эндосоме превращались в высококатионные частицы, что приводило к разрыву эндосомы и высвобождению комплекса.
- Последующие поколения (3G, 4G): Решали проблемы высвобождения Cas9 после побега из эндосомы.
- 5G: Многоступенчатый трансформируемый носитель amino-PRX, способный точно и эффективно доставлять Cas9 RNP в ядро клетки.
Эксперименты in vitro и in vivo подтвердили низкую цитотоксичность системы и её эффективность в редактировании генома.
Перспективы
По словам профессора Кэйити Мотодзимы, носитель обеспечивает точный контроль внутриклеточной динамики на нескольких этапах. Доцент Тайси Хигаси отмечает, что система имеет низкую цитотоксичность, а её активность в редактировании генома сравнима с самой эффективной из существующих.
Автономное действие, многоступенчатая трансформация и низкая цитотоксичность делают носитель 5G amino-PRX перспективным кандидатом для безопасной и эффективной доставки Cas9 RNP. Этот подход может быть применён для доставки и других молекул (ферментов, антител, siRNA), что является значительным достижением в области разработки лекарств и вакцин.