Новый метод клеточной инженерии меняет способ взаимодействия клеток
Исследователи из Института молекулярной медицины MRC Weatherall разработали новую платформу на основе технологии CRISPR/Cas9, чтобы изменить способ реакции человеческих клеток на внешние сигналы. Это открывает новые возможности для предотвращения развития раковых клеток.
Клетки постоянно отслеживают окружающую среду и запрограммированы реагировать на молекулярные сигналы по-разному: одни сигналы могут стимулировать рост, другие — движение, третьи — гибель клетки. Для здоровья клетки эти реакции должны быть точно сбалансированы. Эволюции потребовалось более двух миллиардов лет, чтобы настроить эти ответы. Но что, если мы сможем изменить способ реакции наших клеток на определенные аспекты их среды?
В статье, опубликованной в Cell Reports, аспирант Тони Боймлер и адъюнкт-профессор Тудор Фулга использовали производную технологию CRISPR/Cas9, чтобы перепрограммировать способ реакции клеток на внеклеточные сигналы.
- CRISPR/Cas9 часто используется для точного манипулирования геномом человека. Однако не все болезни вызваны конкретной ошибкой в ДНК. При более сложных расстройствах, таких как диабет и рак, может потребоваться полностью перестроить работу клеток.
Клетки подвергаются воздействию тысяч различных сигналов. Рецепторы, которые их ощущают, являются частью сложной модульной архитектуры, собранной из строительных блоков, как в конструкторе Lego. Именно точная комбинация этих «кирпичиков Lego» и способ их сборки определяют, как клетка отреагирует на данный сигнал.
Вместо традиционной системы CRISPR/Cas9 команда использовала версию белка Cas9, которая не может разрезать ДНК. Вместо этого она включает определенные гены в зависимости от связанной с ней направляющей РНК (системы навигации). Используя этот подход, исследователи изменили «кирпичики Lego», чтобы создать новый класс синтетических рецепторов, и запрограммировали их запускать специфические каскады событий в ответ на различные естественные сигналы.
Потенциал для терапии рака
Чтобы проверить, может ли эта инновационная технология улучшить здоровье человека, команда попыталась перепрограммировать способ реакции раковых клеток на сигналы, стимулирующие образование новых кровеносных сосудов (ключевой этап развития рака).
- Используя рационально спроектированный синтетический рецептор, созданный в лаборатории и доставленный в клетки в чашке Петри, команда преобразовала инструкцию «создавать сосуды» в ответ «подавлять создание сосудов».
- Чтобы проверить пределы системы, они создали рецепторный комплекс, который реагирует на сигнал, обогащенный в опухолевой среде, вызывая одновременную выработку нескольких «красных флажков» (эффекторных молекул), которые, как известно, привлекают и инструктируют иммунные клетки атаковать рак.
Эти первоначальные лабораторные эксперименты открывают целый спектр возможностей для терапии рака следующего поколения.
Потенциал для других заболеваний (например, диабета)
Чтобы продемонстрировать этот потенциал, команда создала еще один рецепторный комплекс, который может определять количество глюкозы в окружающей среде и стимулировать выработку инсулина — гормона, который забирает глюкозу из кровотока. У людей с диабетом этот механизм работает неправильно, что приводит к высокому уровню глюкозы в крови. Хотя до клинического применения еще далеко, работа предполагает, что эту технологию можно использовать для перепрограммирования работы клеток в организме.
Способность редактировать геном человека изменила подход ученых к решению серьезных медицинских проблем. С помощью этой новой техники, разработанной в Оксфорде, команда надеется, что генная инженерия не должна ограничиваться исправлением ошибок ДНК, а может изменять работу клеток — независимо от первопричины заболевания.