Результаты, описанные в выпуске журнала Nature Biotechnology от 30 марта, являются первым доказательством того, что этот метод редактирования генов, известный как CRISPR, может обратить вспять симптомы болезни у живых животных. По словам исследовательской группы, CRISPR, который предлагает простой способ вырезать мутировавшую ДНК и заменить ее правильной последовательностью, имеет потенциал для лечения многих генетических заболеваний.
«Что интересно в этом подходе, так это то, что мы действительно можем исправить дефектный ген у живого взрослого животного», — говорит Дэниел Андерсон, доцент кафедры химической инженерии Сэмюэля А. Голдблита в Массачусетском технологическом институте, член Института интегративных исследований рака Коха. и старший автор статьи.Недавно разработанная система CRISPR основана на клеточном механизме, который бактерии используют для защиты от вирусной инфекции. Исследователи скопировали эту клеточную систему, чтобы создать комплексы для редактирования генов, которые включают в себя фермент, расщепляющий ДНК, называемый Cas9, связанный с короткой направляющей цепью РНК, которая запрограммирована на связывание с определенной последовательностью генома, сообщая Cas9, где ее разрезать.
В то же время исследователи также доставляют цепочку-матрицу ДНК. Когда клетка восстанавливает повреждения, вызванные Cas9, она копирует матрицу, вводя новый генетический материал в геном. Ученые предполагают, что такое редактирование генома однажды может помочь в лечении таких заболеваний, как гемофилия, болезнь Хантингтона и других, вызванных отдельными мутациями.Ученые разработали другие системы редактирования генов, основанные на ферментах, разрезающих ДНК, также известных как нуклеазы, но эти комплексы могут быть дорогими и сложными для сборки.
«Систему CRISPR очень легко настроить и настроить, — говорит Андерсон, который также является членом Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института. Он добавляет, что другие системы «потенциально могут использоваться аналогично системе CRISPR, но с ними намного сложнее создать нуклеазу, специфичную для вашей интересующей цели».
Коррекция заболеванийДля этого исследования исследователи разработали три направляющие цепи РНК, которые нацелены на различные последовательности ДНК рядом с мутацией, вызывающей тирозинемию I типа, в гене, который кодирует фермент под названием FAH.
Пациенты с этим заболеванием, которым страдает примерно 1 человек из 100 000, не могут расщеплять аминокислоту тирозин, которая накапливается и может привести к печеночной недостаточности. Современные методы лечения включают диету с низким содержанием белка и лекарство под названием NTCB, которое нарушает выработку тирозина.
В экспериментах со взрослыми мышами, несущими мутированную форму фермента FAH, исследователи доставили направляющие цепи РНК вместе с геном Cas9 и ДНК-матрицей из 199 нуклеотидов, которая включает правильную последовательность мутировавшего гена FAH.Используя этот подход, правильный ген был вставлен примерно в один из каждых 250 гепатоцитов — клеток, составляющих большую часть печени. В течение следующих 30 дней эти здоровые клетки начали размножаться и замещать больные клетки печени, что в конечном итоге составляет около одной трети всех гепатоцитов.
Этого было достаточно, чтобы вылечить болезнь, позволив мышам выжить после отмены препарата NCTB.«Мы можем провести одноразовое лечение и полностью изменить состояние», — говорит Хао Инь, постдок из Института Коха и один из ведущих авторов статьи о биотехнологии природы.Чтобы доставить компоненты CRISPR, исследователи использовали метод, известный как инъекция под высоким давлением, при котором используется мощный шприц для быстрого выброса материала в вену. Этот подход успешно доставляет материал в клетки печени, но Андерсон предполагает, что возможны более эффективные подходы к доставке.
Его лаборатория сейчас работает над методами, которые могут быть более безопасными и эффективными, включая целевые наночастицы.