Искаженная ДНК повышает риск ошибок CRISPR-Cas9

Новое исследование предполагает, что искажения ДНК, регулярно возникающие в процессе экспрессии генов и других клеточных процессов, могут приводить к нецелевым изменениям генома при использовании CRISPR-Cas9. Ученые из Совета по медицинским исследованиям (Medical Research Council, MRC) считают, что их работа может помочь повысить точность редактирования генов для клинического применения.

Во время экспрессии генов ДНК растягивается и искажается, теряя свою обычную форму. Хотя это необходимо для правильной работы клеточных механизмов, это может создавать проблемы для редактирования CRISPR-Cas9, повышая риск нецелевых изменений и потенциально внося вредные мутации. Результаты исследования ученых из MRC London Institute of Medical Sciences и AstraZeneca опубликованы в журнале Nature Structural and Molecular Biology.

CRISPR-Cas9 — это инструмент для редактирования генов, позволяющий находить и изменять участки ДНК. Он получил мировое признание благодаря широкому спектру применений в медицине, разработке лекарств и сельском хозяйстве.

В этом исследовании точность CRISPR-Cas9 изучали с помощью нового подхода: ученые использовали оптические пинцеты (инструмент, использующий лазерные лучи для манипуляции ДНК), чтобы имитировать естественные деформации, которые ДНК претерпевает при считывании клеточными механизмами. Затем они редактировали ген с помощью CRISPR-Cas9 и контролировали точность с помощью флуоресцентной микроскопии.

Результаты показали, что CRISPR точен, когда ДНК находится в расслабленном состоянии. Однако при возникновении искажений — в данном случае из-за сильного растяжения — точность снижалась, и наблюдались нецелевые изменения. Понимание этого эффекта поможет в разработке более точных систем CRISPR и методов оценки этого риска.

Ведущий автор исследования профессор Дэвид Руэда (MRC LMS и Имперский колледж Лондона) сказал: «CRISPR-Cas9 стал известен как потенциальный инструмент для предотвращения или борьбы с заболеваниями, вызванными мутациями в ДНК, и мы хотели исследовать, насколько он точен. Когда мы манипулировали структурами ДНК, имитируя естественные деформации, мы обнаружили изменения в непредназначенных участках. В этом сценарии CRISPR-Cas9 может демонстрировать до 50% несовпадений в системе наведения, что вызывает обеспокоенность при использовании этого инструмента в клинических условиях».

Доктор Эмануэла Куомо, ассоциированный директор по науке в AstraZeneca, отметила: «В AstraZeneca мы работаем над пониманием механизма действия CRISPR, чтобы в будущем разрабатывать улучшенные ферменты для исследований и потенциально терапевтических целей. Это исследование дополняет наши знания о CRISPR-Cas9 и указывает на будущие области изучения для лучшего понимания связи между структурой ДНК и нецелевыми эффектами».

Ученые заявляют, что их следующие шаги — определить, как можно снизить вероятность непреднамеренных изменений. Они планируют использовать свою новую систему для дальнейшего изучения точности CRISPR и, в идеале, разработки алгоритмов прогнозирования нецелевых эффектов на основе полученных данных.