Новая технология CRISPR/Cas для точного редактирования генов на основе японской медаки

Молекулярный инструмент CRISPR/Cas позволяет вносить двуцепочечные разрывы ДНК в любой интересующий ген, что приводит к стохастическим мутациям в сайте-мишени. Однако точный ремонт гена с помощью "спасательной" конструкции страдает от низкой эффективности. Исследователи из Гейдельбергского университета нашли решение этой проблемы, разработав новый подход на модельном организме — японской рыбке медаке. Это закладывает основу для лёгкой интеграции ремонтной копии дефектного гена в ДНК.

Как объясняет биолог развития проф. д-р Иоахим Виттбродт, этот эффективный процесс делает возможным точное редактирование генома в фундаментальных исследованиях, приближая инструмент к применению в медицине. Результаты опубликованы в eLife.

Проблема конкурирующих систем репарации

При редактировании гена направляющая РНК, комплементарная целевой последовательности ДНК, доставляет "молекулярные ножницы" CRISPR/Cas к нужному месту. После разреза клеточная система репарации пытается "починить" разрыв.

• Негомологичное соединение концов (NHEJ) — быстрый, но неточный механизм, часто приводящий к потере нуклеотидов и стохастическим мутациям. Он успешно используется для инактивации генов.
• Ремонт, направляемый гомологией (HDR) — высокоточный процесс, способный заменить дефектный ген на правильную ремонтную копию, если оба конца идеально подходят.

Проблема в том, что NHEJ доминирует и конкурирует с HDR. Более того, как отмечает Тинатини Тавхелидзе, NHEJ часто соединяет введённые в клетки ремонтные копии в длинные непрерывные цепи, делая их бесполезными.

Решение: блокировка концов копии

Вместо использования фармакологических соединений с серьёзными побочными эффектами для подавления NHEJ, команда проф. Виттбродта модифицировала саму ремонтную копию.

Новый подход: оба конца ремонтной копии были заблокированы биотином (витамином B), что предотвращает их "атаку" и соединение механизмом NHEJ.

"Этот недорогой процесс теперь позволяет эффективно ремонтировать гены путём точной вставки единственной ремонтной копии", — добавляет д-р Томас Тумбергер.

Разработанный и проверенный на медаке подход обеспечивает высокоэффективный и точный генетический ремонт, что является базовым условием для применения в генной хирургии.