Ученые создали CRISPR-ферменты, ускользающие от иммунной системы

Основные компоненты CRISPR-терапий для редактирования генома — бактериальные белки-нуклеазы, которые могут вызывать нежелательные иммунные реакции у людей. Это увеличивает риск побочных эффектов и потенциально снижает эффективность терапий.

Исследователи из Broad Institute (MIT и Гарвард) и Cyrus Biotechnology создали две версии CRISPR-нуклеаз, Cas9 и Cas12, которые маскируются от иммунной системы. Команда определила белковые последовательности в каждой нуклеазе, запускающие иммунный ответ, и с помощью компьютерного моделирования разработала новые версии, ускользающие от иммунного распознавания. В тестах на мышах инженерные ферменты показали эффективность редактирования генов, аналогичную стандартным нуклеазам, но вызвали сниженный иммунный ответ.

Результаты, опубликованные в Nature Communications, могут помочь в создании более безопасных и эффективных генных терапий. Исследование возглавил Фэн Чжан, ведущий научный сотрудник Broad Institute и Института исследований мозга Макговерна в MIT.

«По мере того как CRISPR-терапии входят в клиническую практику, растет потребность в обеспечении их максимальной безопасности. Эта работа решает одну из задач в этой области», — сказал Чжан.

Соавторами-первопроходцами стали Румья Рагхаван (аспирант в лаборатории Чжана на момент начала исследования) и Мирко Джулиан Фридрих (постдок в той же лаборатории).

«Люди уже некоторое время знали, что Cas9 вызывает иммунный ответ, но мы хотели точно определить, какие части белка распознаются иммунной системой, а затем изменить белок, удалив эти части, сохранив его функцию», — сказала Рагхаван.

«Наша цель — использовать эту информацию для создания не только более безопасной терапии, но и потенциально более эффективной, потому что она не будет уничтожаться иммунной системой до выполнения своей задачи», — добавил Фридрих.

Поиск иммунных триггеров

Многие CRISPR-терапии используют нуклеазы бактериального происхождения. Около 80% людей имеют к ним предсуществующий иммунитет из-за обычного контакта с этими бактериями, но ученые не знали, какие именно части нуклеаз распознает иммунная система.

Чтобы выяснить это, команда Чжана использовала специальный тип масс-спектрометрии для идентификации и анализа фрагментов белков Cas9 и Cas12, распознаваемых иммунными клетками. Для двух нуклеаз — Cas9 из Streptococcus pyogenes и Cas12 из Staphylococcus aureus — они определили три короткие последовательности длиной около восьми аминокислот, вызывавшие иммунный ответ.

Затем они сотрудничали с Cyrus Biotechnology, компанией, сооснованной биохимиком Дэвидом Бейкером из Университета Вашингтона, которая разрабатывает вычислительные инструменты для дизайна белков, ускользающих от иммунного ответа. После идентификации иммуногенных последовательностей в Cas9 и Cas12, Cyrus использовала эти подходы для создания версий нуклеаз без этих последовательностей.

Лаборатория Чжана использовала программное обеспечение для прогнозирования, чтобы подтвердить, что новые нуклеазы с меньшей вероятностью запускают иммунный ответ. Затем команда создала набор новых нуклеаз на основе этих прогнозов и протестировала наиболее перспективные кандидаты на человеческих клетках и на мышах, генетически модифицированных для наличия ключевых компонентов человеческой иммунной системы.

В обоих случаях они обнаружили, что инженерные ферменты вызывали значительно сниженный иммунный ответ по сравнению с исходными нуклеазами, но при этом с той же эффективностью разрезали ДНК.

Команда Чжана отмечает, что минимально иммуногенные нуклеазы — лишь одна часть более безопасных генных терапий. В будущем они надеются, что их методы также помогут ученым создавать системы доставки, ускользающие от иммунной системы.