Прорыв в исследованиях CRISPR может привести к более эффективному и безопасному редактированию генов

Два новых исследования Копенгагенского университета, проведённые совместно с исследователями из Орхусского университета, могут помочь решить ключевые проблемы технологии CRISPR: повысить её эффективность и обеспечить точность разреза.

Решена загадка эффективных «внецелевых» разрезов

Исследователи выяснили, что для максимальной эффективности разреза ДНК связь между направляющей РНК (guide RNA) и ДНК не должна быть ни слишком слабой, ни слишком сильной.

• Слишком слабая связь: CRISPR не работает.
• Слишком сильная связь: «генетические ножницы» становятся слабыми и неэффективными.

Был определён оптимальный интервал энергии связи, обеспечивающий максимальную остроту «ножниц». Это знание также объясняет, почему некоторые внецелевые разрезы (off-targets) оказываются эффективнее целевых (on-targets): если целевой сайт имеет слишком сильную связь, то её ослабление на внецелевом сайте может как раз попасть в оптимальный интервал.

Также было изучено влияние последовательности нуклеотидов ДНК на эффективность работы белка Cas9. Белок Cas9 связывается с последовательностью из двух подряд нуклеотидов G.

• Наличие нескольких нуклеотидов G перед целевой последовательностью («upstream») повышает эффективность разреза.
• Наличие нескольких нуклеотидов G после целевой последовательности («downstream») снижает эффективность разреза.

Это знание должно помочь точнее выбирать позицию для Cas9, улучшить редактирование цели и минимизировать побочные эффекты.

Внецелевые разрезы могут быть вредными — и они мало изучены

Во втором исследовании учёные разработали новый метод для измерения эффективности большого количества потенциальных внецелевых разрезов. С его помощью они протестировали 8000 потенциальных off-targets для 110 направляющих РНК, разрабатываемых для применения в медицине.

• Около 10% из этих 8000 сайтов действительно оказались внецелевыми.
• 37 из этих off-targets расположены в генах, связанных с раком, что повышает риск осложнений при разработке лекарств и может даже привести к онкологическим заболеваниям как побочному эффекту.

Это подчёркивает необходимость тщательного выбора направляющих РНК без критических внецелевых сайтов. По мнению профессора Яна Городкина, off-targets остаются крайне малоисследованной областью, и новый метод позволит лучше проверять исследования на их наличие.

Значение: Полученные знания прокладывают путь к более эффективному и безопасному использованию CRISPR в медицине (для лечения генетических заболеваний) и в «зелёном» переходе (например, для модификации клеток в производстве).

Оба исследования опубликованы в журнале Nature Communications.