Новый CRISPR-редактор оснований ДНК расширяет возможности прецизионного редактирования генома

Исследователи из лаборатории Дж. Кита Джуна в Массачусетской больнице общего профиля (MGH) разработали новые технологии редактирования генома. Они могут помочь в изучении связанных с заболеваниями генетических мутаций, основанных на заменах одного нуклеотида C-to-G (цитозин на гуанин). Новые редакторы оснований также спроектированы для минимизации нецелевых ("off-target") мутаций, которые потенциально могут вызывать нежелательные побочные эффекты.

Эти новые технологии CRISPR-направленного редактирования оснований ДНК предназначены для эффективного индуцирования "трансверсионных" изменений оснований ДНК при минимальном уровне нежелательных "попутных" ("bystander") мутаций.

Редактор оснований C-to-G, созданный в качестве доказательства концепции и названный CGBE1, а также его уменьшенная версия miniCGBE1, описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Biotechnology. Первыми авторами выступили Ибрагим К. Курт и Жунхао Чжоу.

CRISPR (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) — это технология редактирования генов, первоначально обнаруженная как защитный механизм у бактерий, а затем использованная учёными в качестве инструмента для вырезания и/или восстановления последовательностей ДНК. Первые методы CRISPR основывались на создании и репарации двуцепочечных разрывов ДНК.

"Редактирование оснований — это новая форма CRISPR-редактирования генов, разработанная лабораторией Дэвида Лю в Гарвардском университете и Институте Броуда. Оно основано не на внесении двуцепочечного разрыва в ДНК, а на непосредственном изменении одного основания в ДНК", — поясняет соавтор-корреспондент Джулиан Грюневальд, доктор медицины из Отдела молекулярной патологии MGH и Гарвардской медицинской школы (HMS).

Редакторы оснований — это химерные белки, которые используют модифицированную форму CRISPR-Cas, направляемую к определённому целевому сайту с помощью гидовой РНК. Там они задействуют фермент деаминазу для модификации конкретного основания и создания желаемого изменения ДНК. Например, технология может преобразовать основание цитозин (C) в тимин (T) — оба основания относятся к классу пиримидинов (это выполняет редактор цитозиновых оснований, CBE). Аналогично, редактор адениновых оснований (ABE) способен конвертировать аденин (A) в гуанин (G) — оба пуриновых основания.

CGBE1 использует вариант CBE, опубликованный в 2019 году Дж. Китом Джуном, доктором медицины и философии, и коллегами в журнале Nature. Этот более ранний вариант CBE, названный SECURE-CBE, показал способность индуцировать изменения C-to-T со значительно меньшим количеством нецелевых эффектов на РНК.

Новый инструмент CGBE1 включает деаминазу из этого варианта SECURE-CBE, что в сочетании с другими компонентами позволяет осуществлять технически сложную замену оснований из одного класса в другой, при этом минимизируя риск нежелательных изменений.

"Существуют известные связанные с заболеваниями или патогенные мутации, которые можно было бы исправить с помощью такого типа редактирования", — говорит Грюневальд.

Однако точное количество заболеваний, которые можно было бы скорректировать с помощью CGBE1 или аналогичной платформы редактирования, неясно.

"Мы всё ещё находимся на ранней стадии работы с этим новым классом трансверсионных редакторов оснований; CGBE1 всё ещё требует дополнительной оптимизации, и было бы преждевременно говорить, что он готов к клиническому применению. Но мы предполагаем, что CGBE1 может быть полезен для исследовательских приложений, позволяя вносить специфические мутации C-to-G", — отмечает он.