Новая система редактирования генома CRISPR предлагает широкий диапазон возможностей в клетках человека
Команда из Broad Institute MIT и Harvard разработала новый подход к редактированию генома CRISPR, объединив два важнейших белка молекулярной биологии — CRISPR-Cas9 и обратную транскриптазу — в единую машину.
Система, названная «прайм-редактированием» (prime editing), способна напрямую и точно, эффективно и с высокой универсальностью редактировать клетки человека. Этот подход расширяет возможности редактирования генов для биологических и терапевтических исследований и потенциально может исправить до 89% известных патогенных генетических вариантов.
«Мы не знаем о другой технологии редактирования в клетках млекопитающих, которая предлагала бы такой уровень универсальности и точности с таким малым количеством побочных продуктов», — говорит старший автор статьи в Nature Дэвид Лю.
Новый подход CRISPR
Прайм-редактирование отличается от предыдущих систем тем, что использует РНК для направления вставки новых последовательностей ДНК в клетки человека.
Новая система включает слияние Cas9 с белком обратной транскриптазы. Молекулярный комплекс использует одну цепь целевого участка ДНК в качестве «праймера» для прямой записи отредактированной генетической информации в геном.
Новый тип сконструированной направляющей РНК, называемой pegRNA, направляет прайм-редактор к целевому сайту, где модифицированный Cas9 разрезает одну цепь ДНК. pegRNA также содержит дополнительные нуклеотиды РНК, кодирующие новую отредактированную последовательность. Обратная транскриптаза считывает это РНК-расширение и записывает соответствующие нуклеотиды ДНК в целевое место.
Редактирование по заказу
В статье в Nature команда продемонстрировала способность прайм-редактирования точно исправлять генетические варианты, вызывающие:
- Серповидноклеточную анемию (требуется конверсия конкретного T в A).
- Болезнь Тея-Сакса (требуется удаление четырёх букв ДНК в определённом месте генома).
Исследователи также сообщают об успешных типах редактирования в клетках человека и первичных нейронах мыши, включая:
- Все 12 возможных способов замены одной буквы ДНК на другую.
- Вставки новых сегментов ДНК длиной до 44 букв.
- Точные делеции длиной до 80 букв.
- Модификации, сочетающие эти разные типы правок.
При внесении точных изменений прайм-редактирование достигает успешных правок с более низкой частотой нежелательных «внецелевых» изменений по сравнению с подходами, требующими разрывов обеих цепей ДНК. Оно также может вносить точные однонуклеотидные изменения в целевых последовательностях, с которыми сложно справиться базовым редакторам.
Дальнейшие шаги и доступность
Команда Лю намерена продолжать оптимизацию прайм-редактирования, включая:
- Максимизацию его эффективности в разных типах клеток.
- Исследование потенциальных эффектов на клетки.
- Дополнительное тестирование на клеточных и животных моделях болезней.
- Изучение механизмов доставки in vivo.
Исследователи и Broad Institute делают эту технологию свободно доступной для академического и некоммерческого сообществ (например, через некоммерческий Addgene). Для этих групп лицензия не требуется.
Broad Institute предлагает инструменты прайм-редактирования для неэксклюзивного лицензирования компаниями для исследований и разработки инструментов/реагентов. Для терапевтического применения человека технология лицензирована компании Prime Medicine. Beam Therapeutics получила сублицензию от Prime Medicine на использование прайм-редактирования в определённых областях.