CRISPR-редактирование делает новый шаг вперёд, нацелившись на РНК

Большинство знает о технологии генного редактирования CRISPR/Cas9, которая действует как целевые молекулярные ножницы, вырезая и заменяя вызывающие болезни гены здоровыми. Однако ДНК — лишь часть истории; многие генетические заболевания вызваны проблемами с РНК — рабочей копией ДНК, которая транслируется в белки.

Учёные из Института Солка создали новый инструмент, который нацелен не на ДНК, а на РНК, и использовали его для коррекции дисбаланса белка в клетках пациента с деменцией, восстановив их до здорового уровня. Новый инструмент, названный CasRx, открывает огромный потенциал РНК и белков для генной инженерии, давая исследователям мощный способ разработки новых генных терапий и изучения фундаментальных биологических функций. Работа опубликована в журнале Cell 15 марта 2018 года.

CRISPR — это бактериальные иммунные системы, содержащие множество защитных ферментов, таких как "молекулярные ножницы" Cas9, которые учёные, включая Патрика Сю, сконструировали как мощный инструмент редактирования ДНК.

Команда Солка решила искать в бактериальных геномах новые ферменты CRISPR, способные нацеливаться на РНК, которые затем можно было бы модифицировать для решения проблем с РНК и образующимися белками.

• Например, определённая РНК может экспрессироваться на разных уровнях, и её баланс относительно других РНК критически важен для здоровой функции.
• Кроме того, РНК может сплайсироваться различными способами для создания разных белков, но проблемы со сплайсингом могут приводить к таким заболеваниям, как спинальная мышечная атрофия, атипичный муковисцидоз и лобно-височная деменция (FTD).

Команда разработала вычислительную программу для поиска в базах данных бактериальной ДНК характерных признаков CRISPR-систем: паттернов определённых повторяющихся последовательностей ДНК. В результате они обнаружили семейство ферментов CRISPR, нацеленных на РНК, и назвали его Cas13d.

Учёные поняли, что, как и в семействе Cas9, ферменты Cas13d из разных видов бактерий будут различаться по своей активности, и провели скрининг, чтобы определить лучшую версию для использования в клетках человека. Ею оказалась версия из кишечной бактерии Ruminococcus flavefaciens XPD3002, что привело к названию инструмента CasRx.

Для проверки эффективности CasRx его сконструировали для решения связанной с заболеванием проблемы: нейродегенеративного расстройства — лобно-височной деменции (FTD). При этой деменции соотношение двух версий тау-белка (также вовлечённого в болезнь Альцгеймера) в нейронах нарушено. Команда генетически модифицировала CasRx для нацеливания на РНК-последовательности той версии тау-белка, которая присутствует в избытке. Они сделали это, упаковав CasRx в вирус и доставив его в нейроны, выращенные из стволовых клеток пациента с FTD. CasRx показал 80%-ную эффективность в восстановлении баланса уровней тау-белка до здоровых показателей.

По сравнению с другими технологиями, нацеленными на РНК, CasRx уникален благодаря:

• Малому размеру (что облегчает упаковку в терапевтически релевантные вирусные векторы).
• Высокой степени эффективности.
• Отсутствию заметных побочных эффектов (по сравнению с интерференцией РНК).

Команда Солка видит большие возможности, которые их инструмент открывает для изучения новых биологических вопросов о функции РНК и белков, а также для разработки терапий для борьбы с заболеваниями на основе РНК и белков.