Исследователи разработали новый метод редактирования генов в клетках человека
Исследователи из Институтов Гладстона усовершенствовали систему редактирования генов на основе молекул, называемых ретронами, для более эффективного редактирования генов в различных типах клеток — от грибов до клеток человека. Результаты опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.
"Эта работа действительно укрепляет позиции ретронов как платформы, которую можно использовать в разных организмах", — говорит старший автор исследования Сет Шипман, доктор философии. — "Мы можем вносить точные изменения в гены проще, быстрее и эффективнее, чем с помощью существующих подходов".
Упрощение процесса редактирования
Большинство современных технологий редактирования генов на основе системы CRISPR предполагают вырезание участка ДНК из генома клетки и последующее внедрение нового генетического материала — "матричной ДНК" — для его замены.
Обычно матричная ДНК производится в лаборатории и вводится в клетки извне, а белок Cas9, разрезающий геном, доставляется отдельно. Ни один из компонентов не проникает в каждую клетку, что ограничивает эффективность CRISPR.
Ретроны же действуют как фабрики по производству ДНК, создавая множество копий матричной ДНК внутри клеток. Более того, ретроны можно доставлять вместе с остальными компонентами CRISPR, чтобы клетки получали весь необходимый для редактирования материал одновременно.
"Это означает, что нам нужно ввести только один элемент в каждую клетку, — говорит первый автор работы Сантьяго Лопес. — Это значительно упрощает процесс и открывает двери для новых типов экспериментов".
Перепроектирование ретронов
И ретроны, и CRISPR происходят из бактерий, где они служат защитными механизмами. После появления CRISPR-редактирования некоторые исследователи начали изучать, можно ли использовать ретроны для поставки матриц для точного редактирования генов. Однако роль различных участков структуры ретрона и способы их модификации оставались неизвестными.
В новом исследовании группа Шипмана сконструировала ретроны E. coli, создав сотни новых вариантов. Обнаруженный ряд изменений привел к 8–10-кратному увеличению количества матричной ДНК, производимой ретроном в клетках E. coli.
Затем оптимизированная система была успешно протестирована в грибе Saccharomyces cerevisiae (пекарских дрожжах) и в культивируемых клетках человека. Это была первая демонстрация использования ретронов в клетках человека и их переносимости между типами клеток.
Поскольку команда смогла точно настроить количество производимой матричной ДНК, они также показали, что высокий уровень производства матричной ДНК повышает эффективность редактирования генов.
"Наше исследование впервые демонстрирует, что чем больше матричной ДНК мы можем произвести, тем лучше редактирование генома", — говорит Шипман. — "Более качественное и точное редактирование в конечном итоге означает более эффективные и безопасные геномные лекарства и более продвинутые фундаментальные исследования".
Перспективы технологии
Ретроны уже сейчас полезны как исследовательский инструмент для редактирования генов в различных типах клеток в лаборатории. Хотя платформа еще не готова для использования на людях, она также обладает потенциалом для терапевтических целей — например, для исправления генных мутаций, вызывающих заболевания.
Поскольку разные бактерии содержат разные ретроны, группа также планирует изучить, могут ли другие варианты ретронов иметь преимущества перед оптимизированным ретроном E. coli.
"Мы используем общий подход, при котором мы извлекаем части, найденные в бактериях, и "одомашниваем" их для собственного использования, — говорит Шипман. — Это уже принесло невероятные плоды для разработки новых инструментов, но я думаю, мы только начинаем пожинать преимущества их применения в биотехнологиях".