Редактирование генов CRISPR/Cas9 может приводить к токсичности для клеток и нестабильности генома

CRISPR/Cas9 — это точная технология редактирования генов, за разработку которой Дженнифер А. Даудна и Эмманюэль Шарпантье получили Нобелевскую премию по химии 2020 года. Часто называемые «генетическими ножницами», CRISPR позволяет вносить желаемую последовательность ДНК практически в любой участок генома, модифицируя или инактивируя ген. Технология широко используется в биомедицинских исследованиях, а некоторые CRISPR-терапии проходят клинические испытания для лечения заболеваний крови, некоторых видов рака, ВИЧ и других состояний.

Учёные из IRB Barcelona под руководством исследователя ICREA доктора Франа Супека обнаружили, что в зависимости от целевого участка генома человека редактирование CRISPR может вызывать токсичность для клеток и геномную нестабильность. Этот нежелательный эффект опосредован ключевым белком-супрессором опухолей p53 и определяется последовательностью ДНК вблизи точки редактирования и различными эпигенетическими факторами окружающей области.

С помощью вычислительных методов исследователи из лаборатории Genome Data Science проанализировали самую популярную CRISPR-библиотеку для человеческих клеток и обнаружили 3300 целевых участков, которые демонстрируют сильные токсические эффекты. Работа, опубликованная в Nature Communications, также показывает, что около 15% человеческих генов содержат как минимум одну токсичную точку редактирования.

«Наша работа решает важную проблему токсичности Cas9, связанной с TP53, которая недавно была предметом споров, а также даёт рекомендации, как её избежать. Избегание редактирования в этих "рискованных" точках не только сделает CRISPR-редактирование более эффективным, но, что важнее, более безопасным», — объясняет доктор Супек.

Конкретный ген можно редактировать в различных позициях. «Участки гена, важные для регуляции или имеющие определённые эпигенетические маркеры, с наибольшей вероятностью запускают ответ p53, и поэтому их в целом следует избегать», — говорит доктор Мигель-Мартин Альварес, ведущий исследователь в этой работе.

Опосредованная p53 токсичность и опухолеобразование

p53 — это белок, известный как «страж генома». Он обнаруживает повреждения ДНК и заставляет клетки останавливать деление или запускает программируемую гибель, предотвращая размножение и распространение «ошибок» в их ДНК. Таким образом, p53 лежит в основе естественного защитного механизма против рака и других осложнений, связанных с повреждением ДНК.

Редактирование генов CRISPR часто требует разрезания обеих цепей ДНК. В некоторых случаях эта манипуляция может запустить ответ p53, при котором отредактированные клетки могут быть «помечены» как повреждённые и затем уничтожены, что снижает эффективность процесса редактирования.

Однако главная проблема, связанная с p53 и редактированием генов, заключается в том, что клетки, которые преодолевают CRISPR-редактирование, могут делать это именно из-за дефектного функционирования p53. То есть эти клетки могут быть менее способны обнаруживать повреждения ДНК и/или помечать клетки для программируемой гибели. В результате процедура редактирования генов может в конечном итоге благоприятствовать популяциям клеток с нестабильными геномами, то есть склонными к накоплению дальнейших мутаций, что повышает риск развития злокачественных новообразований.

«Этот нежелательный эффект может повлечь за собой риск геномной нестабильности, что крайне нежелательно в контексте экс виво CRISPR-терапий, когда клетки пациента редактируются в лаборатории и возвращаются обратно пациенту. Мы надеемся, что наше исследование даст некоторые рекомендации по разработке более безопасных CRISPR-реагентов и стимулирует дальнейшие исследования в этой области», — заключает доктор Супек.