Новая CRISPR-стратегия для точного моделирования болезней в клетках

Исследователи из Рокфеллеровского университета разработали усовершенствованный метод на основе системы CRISPR-Cas9, который позволяет эффективно и точно вносить в клетки специфические генетические мутации, вызывающие заболевания. Это открывает новые возможности для создания более точных клеточных моделей человеческих болезней.

Повышение надежности редактирования генов

Основная проблема классического CRISPR-Cas9 для моделирования заболеваний заключалась в низкой эффективности и точности. Система многократно разрезала ДНК, а клеточные механизмы репарации часто вносили нежелательные ошибки при починке.

Команда, включая постдока Доминика Паке и аспиранта Дилана Кварта, решила эту проблему, внедрив блокирующие мутации. Эти мутации вносятся в один из двух участков ДНК, необходимых для распознавания мишени CRISPR-Cas9, после первого разреза. Это предотвращает повторное разрезание и значительно снижает количество непреднамеренных ошибок.

Таргетирование одной копии гена

Ключевым вызовом было редактирование только одной копии гена (создание гетерозиготного состояния), так как у пациентов многие заболевания, включая болезнь Альцгеймера, часто вызваны мутацией лишь в одной из двух копий гена. CRISPR-Cas9 изначально не мог различить копии.

Исследователи обнаружили четкую зависимость результата редактирования от расстояния между сайтом разреза CRISPR-Cas9 и местом внесения целевой мутации:

• Короткие расстояния чаще приводили к клеткам с двумя мутантными копиями гена.
• С увеличением расстояния успешность редактирования снижалась, а процент гетерозиготных клеток (с одной мутантной и одной исходной копией) достигал пика на определенном интервале.

«Мы ожидали эффект расстояния, но важно, что эта зависимость оказалась очень стереотипной. Опираясь на нее, можно предсказуемо генерировать большой процент гетерозиготных клеток», — поясняет Дилан Кварт.

Применение для моделирования болезни Альцгеймера

Используя эту стратегию, ученые отредактировали геном стволовых клеток, внеся одну из двух мутаций, связанных с болезнью Альцгеймера. Затем они дифференцировали эти клетки в нейроны. Полученные нейроны продуцировали большое количество амилоида-β, что точно имитирует ключевой аспект заболевания.

«Ранее не существовало простого способа контролировать, приведет ли редактирование CRISPR-Cas9 к образованию гетерозиготных мутаций, ответственных за некоторые заболевания. Охарактеризовав роль расстояния, мы прояснили важное правило, управляющее редактированием генома с помощью этой системы, и открыли для нее новый потенциал», — говорит Доминик Паке.

Этот метод, описанный в журнале Nature, упрощает создание точных клеточных моделей широкого спектра заболеваний, что может ускорить биомедицинские исследования.