Новая стратегия редактирования генов исправляет опасные микродупликации

Ученые из Медицинской школы UMass разработали стратегию редактирования и исправления особого типа генетической мутации — микродупликаций — с помощью CRISPR-Cas9 и редко используемого пути репарации ДНК. Подход, описанный в журнале Nature, преодолевает прежнюю неэффективность коррекции генов.

"Это как нажать кнопку сброса. Нам не нужно добавлять корректирующий генетический материал, вместо этого клетка сшивает ДНК обратно, минуя дупликацию. Это ярлык для коррекции генов с терапевтическим потенциалом", — сказал профессор Скот А. Вулф.

Микродупликации — это изменения в хромосомах, при которых небольшие сегменты ДНК копируются. В определенных генах эти дупликации могут приводить к сдвигу рамки считывания, когда количество добавленных нуклеотидов не кратно трем. Это нарушает трансляцию гена в белок, вызывая потерю функции. Сдвиги рамки считывания из-за микродупликаций вызывают до 143 различных заболеваний, включая поясно-конечностную мышечную дистрофию, синдром Германского-Пудлака и болезнь Тея-Сакса.

Большинство методов редактирования генов требуют разрыва цепей ДНК в дефектном гене и введения корректирующего генетического материала. Новая последовательность встраивается в разрыв и репарируется клеточным механизмом гомологично-направленной репарации (HDR). Этот метод может быть неэффективным и технически сложным.

Вулф и его соисследователь Чарльз П. Эмерсон-младший предположили, что может быть более прямой подход для коррекции болезней, вызванных микродупликациями. Они рассудили, что если эффективно задействовать путь микрогомологично-опосредованного соединения концов (MMEJ), а не HDR, это удалит дублированную последовательность и восстановит функциональную последовательность гена. Путь MMEJ менее эффективен и встречается реже, часто приводя к делециям по обе стороны от разрыва. На его долю приходится менее 10% репараций ДНК.

В качестве мишени для оценки подхода была выбрана поясно-конечностная мышечная дистрофия типа 2G (LGMD2G), вызванная микродупликацией в гене TCAP. Лаборатории обработали плюрипотентные стволовые клетки пациента нуклеазой SpCas9, чтобы создать разрыв ДНК рядом с центром микродупликации в гене TCAP. Как и предсказывалось, механизм репарации MMEJ удалил одну копию микродупликации, эффективно сшив ДНК с замечательно высокой эффективностью, восстановив ген и позволив производить нормальный белок TCAP.

"Простота и эффективность редактирования микродупликации гена TCAP была очень захватывающим открытием и представила уникальную возможность разработать терапию для LGMD 2G, которая в настоящее время неизлечима", — сказал Эмерсон.

Сотрудничая с Кристианом Мюллером, команда показала, что микродупликации в гене HPS1, связанные с синдромом Германского-Пудлака 1 типа, также можно исправить в клетках пациентов. Оливер Кинг разработал вычислительные инструменты для поиска в базах данных генома человека и идентифицировал 143 заболевания, связанные с микродупликациями, которые можно лечить с помощью их подхода Cas9-MMEJ.

"Мы считаем, что простота, надежность и эффективность терапевтической стратегии на основе MMEJ может позволить разработать терапию коррекции генов для многих в настоящее время неизлечимых заболеваний", — сказал Вулф.