"Копировальная машина" для точной генной терапии на основе CRISPR

Генная терапия, такая как препарат для лечения спинальной мышечной атрофии Золгенсма от компании Novartis, обеспечивает суррогатную копию гена для замены дисфункционального гена в организме. Инструмент редактирования генов CRISPR* может предложить альтернативную стратегию, которая позволит исправить мутировавший ген на месте. Но ученые не уверены, что такая техника, известная как генный привод (gene drive)**, будет работать в масштабном варианте.

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего утверждают, что они, возможно, нашли способ сделать метод CRISPR эффективным в генной терапии. Они разработали технологию под названием "CopyCatcher", которая может обнаружить и количественно оценить события, в которых генетический элемент точно копируется из одной хромосомы в другую во время редактирования генов на основе CRISPR.

Согласно результатам, опубликованным в журнале Nature Communications, CopyCatcher выявил неожиданно высокую скорость преобразования генов у плодовых мушек. С помощью нового инструмента и скрининга ДНК команда также определила ген c-MYC как ингибитор генетического копирования в эмбриональных клетках человека. По словам исследователей, полученные результаты закладывают основу для разработки генной терапии на основе CRISPR для людей.

Перспективность генных приводов на основе CRISPR заключается в том, что одна хромосома, несущая привод, может разрезать другую хромосому, которая использует привод в качестве шаблона для восстановления повреждения. UCSD использовал CopyCatcher для измерения эффективности такой системы на живых животных.

CopyCatcher несет высокочувствительный "детекторный" ген, который производит флуоресцентные белки, только если целевой генетический элемент копирует себя на сестринскую хромосому, что позволяет исследователям обнаружить и количественно оценить преобразование генов.

У плодовых мушек частота конверсии генов оказалась неожиданно высокой - от 30% до 50% клеток в целевых тканях глаза и грудной клетки.

Но в клетках человека скорость копирования хромосом резко снизилась и составила всего от 4 до 8 % клеток. Это может быть связано с тем, что хромосомы млекопитающих обычно не участвуют в спаривании хромосом, а полагаются на другой механизм для исправления порезов ДНК. Исследователи показали, что они могут использовать определенные методы для улучшения копирования, предполагая, что человеческие клетки могут быть индуцированы для эффективного преобразования генов.

С помощью генетического скрининга команда выявила несколько факторов, влияющих на выбор пути восстановления ДНК. Ген c-MYC оказался главным ингибитором шаблонизированного преобразования генов. Сокращение экспрессии c-MYC вдвое увеличило производство флуоресцентного маркера в 2,5 раза в эмбриональных клетках человека по сравнению с контрольными клетками, показала команда.

Если удастся добиться высокоэффективного редактирования генов в клетках человека, можно будет разработать генную терапию на основе CRISPR для лечения различных генетических заболеваний, включая болезни крови, потерю слуха, спинальную мышечную атрофию, врожденные пороки сердца и другие, считают исследователи.

* CRISPR, точнее, CRISPR/Cas9 — мощный инструмент редактирования геномов. Он основан на элементе защитной системы бактерий, который биологи приспособили для внесения изменений в ДНК растений, животных и даже людей. Технология позволяет внести поправки всего за несколько дней, а не недель или месяцев

** Генный драйв - это естественный процесс и технология генной инженерии, которая распространяет определенный набор генов в популяции путем изменения вероятности того, что конкретный аллель будет передан потомству. Это механизм, который делает гены «эгоистичными», увеличивая вероятность их наследования с вероятностью свыше 50%, независимо от влияния отбора. Аллели - это различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом.