Американские ученые улучшили метод доставки системы для праймированного редактирования генов. С помощью этого метода ученые смогли частично восстановить зрение мышей, утративших его из-за наследственного заболевания, а также смогли доставить систему в мозг живых мышей без значимых побочных эффектов. Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology.
Системы редактирования генома вызывают большой интерес в сфере медицины, так как с помощью них можно устранить и скорректировать мутации, вызывающие болезни. Самым известным инструментом для редактирования генома стала система CRISPR/Cas, с помощью которой бактерии защищаются от вирусов. Эта система состоит из белка Cas9, который может вносить двухцепочечные разрывы в ДНК, и гидовой РНК, которая направляет белок, указывая место, которое нужно отредактировать. Вместе с ними также можно доставлять последовательность, которую нужно вставить в геном. Однако двухцепочечные разрывы, которые вносит белок Cas9, могут приводить к гибели клетки. Также беспокойство вызывают побочные изменения, при которых редактированию подвергается не тот участок ДНК. В качестве альтернативы системе CRISPR/Cas предлагались системы редактирования оснований, в которых ферменты заменяют одно азотистое основание в ДНК на другое, меняя всего одну «букву», а также система праймированного редактирования генов.
Праймированное редактирование генов было предложено учеными Гарвардского университета в 2019 году. Вместо обычного белка Cas9 в такой системе используется модифицированный белок, вносящий не двухцепочечные, а одноцепочечные разрывы в ДНК. Помимо этого, гидовая РНК заменена на удлиненную гидовую РНК для праймированного редактирования (пргРНК, pegRNA). Она не только указывает белку участок ДНК, который нужно отредактировать, но и несет в себе корректную последовательность, которую необходимо вставить в геном. Кроме того, в систему входит обратная транскриптаза — фермент вирусного происхождения, который может синтезировать комплементарную ДНК с матрицы РНК. Система работает таким образом, что сначала пргРНК соединяется с одной из цепочек целевого участка ДНК, таким образом «защищая» его, затем белок Cas9 вносит одноцепочечный разрыв в другую цепь, а пргРНК другим концом соединяется с разрезанной цепью. После этого обратная транскриптаза достраивает ген, используя пргРНК как матрицу. «Неправильную» версию гена устраняют внутриклеточные нуклеазы (ферменты, расщепляющие нуклеиновые кислоты), а одноцепочечный разрыв легко устраняется системами репарации клетки.
Одной из проблем при использовании инструментов редактирования генома является их доставка в ядро. Для этого ученые обычно применяют липидные наночастицы или вирусы. В последнее время особое внимание получили вирусоподобные частицы, которые представляют собой белковую вирусную оболочку и не содержат вирусного генетического материала. Однако эффективность такой доставки довольно низкая. Кроме того, для каждого нового «груза» такие частицы нужно разрабатывать заново.
В новой работе ученые значительно изменили вирусоподобные частицы, чтобы повысить эффективность не только доставки, но и работы системы праймированного редактирования генов. Ученые улучшили упаковку системы в частицы, сам процесс доставки и высвобождения содержимого частиц в ядре. Это позволило ученым улучшить эффективность доставки инструмента для редактирования генов практически в 100 раз.
Чтобы проверить эти результаты, ученые провели ряд экспериментов на животных. Сначала они принялись корректировать мутации, которые приводили к дистрофии сетчатки и слепоте у мышей. С помощью праймированного редактирования ученым удалось успешно устранить мутации у 20% животных, что позволило частично восстановить их зрение. Также ученые смогли доставить систему для редактирования генов в мозг живых мышей. У них получилось внести изменения в гены половины клеток коры головного мозга, в которые удалось доставить инструмент для редактирования. При этом не наблюдалось побочных изменений.
В дальнейшем ученые планируют продолжить улучшать вирусоподобные частицы как инструмент для доставки систем редактирования генов. Они также надеются адаптировать технологию так, чтобы ее можно было использовать для специфического редактирования разных тканей.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
