«Мягкий» CRISPR может предложить новый способ исправления генетических дефектов

Исправление изнурительных генетических заболеваний — одна из главных задач современной медицины. Развитие технологий CRISPR дало новую надежду пациентам, однако безопасность этих методов всё ещё вызывает серьёзные опасения.

В статье, опубликованной 1 июля в журнале Science Advances, команда биологов из Калифорнийского университета в Сан-Диего описывает новый, более безопасный подход, который в будущем может корректировать генетические дефекты. Их стратегия, использующая естественные механизмы репарации ДНК, закладывает основу для новых методов генной терапии.

Во многих случаях пациенты с генетическими нарушениями несут различные мутации в двух копиях генов, унаследованных от родителей. Это означает, что мутация на одной хромосоме часто имеет функциональную здоровую копию на другой хромосоме. Исследователи использовали инструменты генетического редактирования CRISPR, чтобы этим воспользоваться.

Как работает метод

• Исследователи работали с мутантными плодовыми мушками, у которых из-за мутации были белые глаза.
• Когда в этих мухах активировали компоненты CRISPR (гидРНК и Cas9), в их глазах появлялись крупные красные пятна. Это свидетельствовало о том, что система репарации клетки исправила мутацию, используя в качестве шаблона здоровую ДНК с другой хромосомы. Этот процесс назвали «репарацией по гомологичной хромосоме-шаблону» (HTR).

Ключевое открытие: эффективность «ники»

• Учёные протестировали вариант системы с «никазами» Cas9, которые делают разрыв только в одной цепи ДНК, а не в обеих.
• Оказалось, что такие «мягкие» одноцепочечные разрезы также приводят к высокому уровню восстановления красного цвета глаз — почти как у здоровых мух.
• Эффективность репарации с никазой составила 50–70%, по сравнению с 20–30% при использовании стандартного Cas9, разрезающего обе цепи. При этом Cas9 чаще вызывает нецелевые мутации в других участках генома.

«Я не могла поверить, насколько хорошо сработала никаза — это было совершенно неожиданно», — сказала ведущий автор исследования Ситара Рой.

Преимущества подхода

1. Безопасность: Система на основе никазы вызывает значительно меньше целевых и нецелевых мутаций по сравнению с традиционным CRISPR-Cas9.
2. Простота: Метод основан на минимальном наборе компонентов.
3. Меньше повреждений: Одноцепочечные разрывы ДНК («nicks») являются более «мягкими» и менее мутагенными, чем двуцепочечные разрывы от Cas9.

Перспективы и ограничения

Исследователи отмечают, что медленная, непрерывная доставка компонентов никазы в течение нескольких дней может быть эффективнее однократной доставки. Однако пока неизвестно, как этот процесс будет работать в клетках человека и можно ли его применить к любому гену.

Новая работа развивает предыдущие достижения группы в области прецизионного редактирования с помощью «аллельных драйвов». Если повысить частоту событий HTR, подобные стратегии можно будет использовать для коррекции множественных доминантных или транс-гетерозиготных болезнетворных мутаций.