Новая технология генетической записи позволяет осуществлять направленную интеграцию генов в клетках человека с помощью РНК
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Cell, группа учёных под руководством Ли Вэя и Чжоу Ци из Института зоологии Китайской академии наук разработала инновационную технологию генетической записи на основе ретротранспозонов. Это достижение позволяет осуществлять направленную интеграцию генов в клетках человека, используя исключительно РНК.
Эффективная и точная интеграция ДНК размером с ген остаётся серьёзной проблемой в геномной инженерии. Современные технологии в основном полагаются на ДНК-матрицы в качестве доноров для интеграции генов. Однако ДНК-доноры сталкиваются с многочисленными трудностями в практических биомедицинских применениях, такими как высокая иммуногенность, сложность доставки in vivo и риск случайной интеграции в геном.
С другой стороны, РНК-доноры обладают более низкой иммуногенностью по сравнению с экзогенными ДНК-донорами, их можно эффективно доставлять с помощью невирусных векторов, и они быстро деградируют в клетках без риска случайной интеграции — что решает многие проблемы, связанные с ДНК-донорами. Однако в настоящее время существует очень мало технологий, способных использовать РНК-доноры для достижения направленной интеграции ДНК размером с ген в клетках человека.
Ретротранспозоны R2 — это мобильные элементы, которые используют РНК-промежуточные продукты для специфической интеграции в сайт генома 28S рДНК хозяина. В геноме человека присутствует 219 копий этого сайта, расположенных вдали от генов, кодирующих белки, — что делает его «безопасной гаванью», подходящей для интеграции генов. Несмотря на его открытие в 1980-х годах, его потенциальное использование для интеграции генов крупных фрагментов в клетки человека не было полностью исследовано.
В этом исследовании путём систематического анализа и скрининга учёные идентифицировали систему R2Tg, полученную из генома птиц, как активную в клетках человека, хотя и с низкой эффективностью. Используя несколько инженерных подходов, исследователи создали оптимизированную версию R2Tg — en-R2Tg.
Доставляемый с помощью липидных наночастиц (LNP) — невирусного вектора, используемого в клинике, инструмент генетической записи en-R2Tg может достигать 25% эффективности интеграции генов в клетках печени человека и обеспечивает более 60% эффективности сайт-специфической интеграции генов в эмбрионах мыши.
Кроме того, система en-R2Tg демонстрирует высокую специфичность интеграции генов в сайте «безопасной гавани» 28S рДНК. Это помогает минимизировать риск мутагенеза, вызванного случайной интеграцией генов, генерируемой такими технологиями, как ретровирусы.
В итоге, это исследование разрабатывает полностью опосредованную РНК, эффективную и точную технологию генетической записи на основе природных ретротранспозонов R2.
«Эта технология открывает дверь для разработки новых генетических терапевтических средств. Когда речь идёт о гене, связанном с заболеванием, может быть много различных мутаций, вызывающих одно и то же заболевание. Наша технология предлагает более общий подход, при котором мы можем интегрировать нормальный ген непосредственно в геном для восстановления функции, независимо от типа мутации», — сказал Ли Вэй, автор-корреспондент исследования.
«Мы, возможно, даже сможем использовать LNP для доставки нашего инструмента генетической записи и создания CAR-T-клеток непосредственно в нашем организме для лечения рака. Это может сделать весь процесс таким же простым, как вакцинация. Мы в восторге от потенциала для дальнейшей разработки и применения этой новой технологии в будущем», — добавил Ли.