Техника позволяет эффективно редактировать гены в человеческих эмбриональных стволовых клетках

Ученые из Института Уайтхеда разработали новый метод, позволяющий эффективно и точно модифицировать или вводить гены в геномы человеческих эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток). Метод использует белки, называемые цинк-пальцевыми нуклеазами, и описан в выпуске журнала Nature Biotechnology от 13 августа.

В течение многих лет ученые легко заменяли гены в геномах мышиных ЭСК или iPS-клеток, но сталкивались с огромными трудностями при попытке нарушить или вставить гены в их человеческие аналоги.

"Неясно, в чем заключается это препятствие для генетических манипуляций; это может быть чисто техническая проблема, но это также может быть и внутреннее различие между человеческими и мышиными клетками", — говорит Дирк Хокемайер, один из первых авторов статьи.

Ранние методы были настолько неэффективными, что с момента открытия человеческих ЭСК 10 лет назад в них было заменено менее 15 генов. Для сравнения, в геномы мышиных ЭСК было введено сотни генов.

"Использование цинк-пальцевых нуклеаз делает процесс очень простым", — отмечает Хокемайер.

По словам Рудольфа Яниша, руководителя лаборатории, этот метод может открыть новую фазу в человеческой генетике.

"Теперь генетика человеческих ЭСК и iPS-клеток может догнать генетику мыши, у которой было преимущество в 20 лет", — говорит Яниш.

Невозможность изменять геномы человеческих ЭСК и iPS-клеток мешала исследователям создавать специфические типы клеток для моделирования генетических заболеваний и изучения того, как эмбриональные стволовые клетки созревают во взрослые клетки.

Как работает метод:

Чтобы заменить ген в ЭСК и iPS-клетках, ученые адаптировали технику, при которой две цинк-пальцевые нуклеазы и замещающий ген вводятся в клетки.

1. Каждая нуклеаза распознает определенную последовательность в ДНК клетки и разрезает обе цепи ДНК в этом месте.
2. Система репарации ДНК клетки распознает разрез и пытается восстановить его, используя предоставленный замещающий ген, что приводит к желаемому изменению исходного гена.

Метод не только эффективен, но и может быть адаптирован для точной замены практически любого гена в геноме.

"Мы можем производить цинк-пальцевые нуклеазы, которые из примерно трех миллиардов пар оснований ДНК могут идентифицировать одно конкретное место", — объясняет Франк Зольднер, соавтор работы. Проверка показала, что разрезы в нецелевых участках генома маловероятны.