Учёные модифицировали CRISPR для эпигенетического лечения диабета, болезней почек и мышечной дистрофии

Учёные из Института Солка создали новую версию технологии редактирования генома CRISPR/Cas9, которая позволяет активировать гены без создания разрывов в ДНК. Это может обойти серьёзное препятствие для использования редактирования генов в лечении болезней человека.

Большинство систем CRISPR/Cas9 работают, создавая двухцепочечные разрывы (DSBs) в целевых участках генома. Однако многие исследователи выступают против создания таких разрывов в ДНК живых людей. В качестве доказательства концепции группа из Солка использовала свой новый подход для лечения нескольких заболеваний на мышиных моделях: диабета, острой болезни почек и мышечной дистрофии.

"Хотя многие исследования показали, что CRISPR/Cas9 может быть мощным инструментом для генной терапии, растёт обеспокоенность по поводу нежелательных мутаций, генерируемых двухцепочечными разрывами с помощью этой технологии. Нам удалось обойти эту проблему", — говорит Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, старший автор статьи в Cell от 7 декабря 2017 года.

В оригинальной системе Cas9 связывается с направляющими РНК, которые наводят его на нужный участок генома для создания DSBs. В новой работе использовалась "мёртвая" форма Cas9 (dCas9), которая всё ещё может нацеливаться на определённые участки, но больше не разрезает ДНК. Однако белок dCas9, присоединённый к активаторным доменам (молекулярным переключателям), слишком велик и громоздок, чтобы поместиться в стандартный вектор доставки — адено-ассоциированные вирусы (AAVs).

Команда Изписуа Бельмонте нашла решение: они объединили Cas9/dCas9 с набором активаторных переключателей, которые работали, даже не будучи сшитыми с белком Cas9. Компоненты были упакованы в разные вирусные частицы: Cas9 или dCas9 — в один AAV, а переключатели и направляющие РНК — в другой. Также были оптимизированы направляющие РНК для гарантии сильной активации целевого гена.

"Все компоненты работают вместе в организме, влияя на эндогенные гены", — объясняет соавтор работы Хсин-Кай (Кен) Ляо.

Таким образом, технология работает эпигенетически, влияя на активность генов без изменения последовательности ДНК.

Результаты на мышиных моделях:

• Острая болезнь почек: Активация двух генов, связанных с функцией почек, привела к повышению уровня соответствующих белков и улучшению функции почек после острого повреждения.
• Диабет 1-го типа: Активация генов, способных генерировать инсулин-продуцирующие клетки, снизила уровень глюкозы в крови.
• Мышечная дистрофия: Удалось экспрессировать гены, которые, как было показано ранее, обращают симптомы болезни, включая один особенно крупный ген, который сложно доставить с помощью традиционной вирусной терапии.

"Мы были очень взволнованы, увидев результаты на мышах. Мы можем индуцировать активацию гена и одновременно наблюдать физиологические изменения", — говорит соавтор Фумиюки Хатанака.

Сейчас команда работает над повышением специфичности системы, её применением к большему числу типов клеток и органов, а также изучает потенциал для омоложения органов и обращения вспять процессов старения (например, потери слуха и дегенерации макулы). Перед клиническими испытаниями на людях потребуются дополнительные тесты на безопасность.