Новый метод поиска в геноме генов, борющихся с болезнями

Исследователи MIT, используя модифицированную версию системы редактирования генома CRISPR, разработали новый способ скрининга генов, защищающих от конкретных заболеваний.

Обычно CRISPR используется для редактирования или удаления генов из живых клеток. Однако команда MIT адаптировала его для случайного включения или выключения различных наборов генов в больших популяциях клеток. Это позволило выявить гены, защищающие клетки от белка, связанного с болезнью Паркинсона.

Новая технология, описанная в журнале Molecular Cell, предлагает новый способ поиска мишеней для лекарств от многих болезней, не только Паркинсона.

«Современный уровень — это одновременное нацеливание на два или три гена и изучение эффектов, но мы считаем, что наборы генов, которые необходимо модулировать для борьбы с некоторыми из этих заболеваний, на самом деле шире», — говорит Тимоти Лу, старший автор исследования.

Включение или выключение генов

Система редактирования генома CRISPR состоит из фермента, разрезающего ДНК, — Cas9 — и коротких направляющих РНК, которые нацеливаются на определённые последовательности генома, указывая Cas9 место для разреза.

В новом исследовании команда MIT деактивировала режущую способность Cas9 и модифицировала белок так, чтобы после связывания с целевым сайтом он рекрутировал факторы транскрипции (белки, необходимые для включения генов).

Доставляя эту версию Cas9 вместе с направляющей РНК в отдельные клетки, исследователи могут нацеливаться на одну генетическую последовательность на клетку. Каждая направляющая РНК может воздействовать на один ген или несколько генов. Это позволяет случайно просканировать весь геном на предмет генов, влияющих на выживаемость клеток.

«Мы решили использовать полностью непредвзятый подход, при котором вместо нацеливания на отдельные интересующие гены мы экспрессируем рандомизированные направляющие внутри клетки», — говорит Лу. — «Можем ли мы с помощью этого подхода выявить направляющие РНК, которые обладают необычно сильной защитной активностью в модели нейродегенеративного заболевания?»

Скрининг и результаты

Исследователи применили эту технологию в дрожжевых клетках, генетически модифицированных для сверхэкспрессии белка, связанного с болезнью Паркинсона, — альфа-синуклеина. Этот белок, образующий скопления в мозге пациентов, обычно токсичен для дрожжевых клеток.

С помощью этого скрининга команда MIT идентифицировала одну направляющую РНК, которая оказывала очень мощный эффект, поддерживая жизнеспособность клеток гораздо эффективнее, чем любые отдельные гены, обнаруженные ранее для защиты этого типа дрожжевых клеток.

Дальнейший генетический скрининг показал, что многие из генов, активируемых этой направляющей РНК, кодируют шаперонные белки, которые помогают другим белкам сворачиваться в правильную форму. Исследователи предполагают, что эти шапероны могут способствовать правильному сворачиванию альфа-синуклеина, предотвращая образование агрегатов.

Другие активируемые гены кодируют митохондриальные белки, регулирующие энергетический метаболизм клеток, и транспортные белки, участвующие в упаковке и переносе других белков.

Защитный эффект в человеческих клетках

Обнаружив эти гены в дрожжах, исследователи протестировали их человеческие аналоги в человеческих нейронах, выращенных в лабораторной чашке, которые также сверхэкспрессируют альфа-синуклеин. Эти человеческие гены также оказались защитными от гибели, вызванной альфа-синуклеином. Это говорит о том, что их стоит тестировать в качестве потенциальной генной терапии болезни Паркинсона.

«Интересно, что они смогли использовать дрожжи в качестве отправной точки для генетического скрининга и выявить направляющие РНК, которые защищают от токсичности альфа-синуклеина в клетках млекопитающих», — отмечает Уилсон Вонг, не участвовавший в исследовании.

Лаборатория Лу уже использует этот подход для поиска генов, связанных с другими расстройствами, и исследователи уже идентифицировали некоторые гены, которые, по-видимому, защищают от определённых эффектов старения.