Практически с момента открытия ДНК способность исправлять или удалять болезнетворные гены у пораженных пациентов была чем-то вроде святого Грааля медицины. Теперь, когда эта цель находится в пределах досягаемости, исследователи работают над точной настройкой технологии, чтобы гарантировать безопасное и эффективное редактирование генов без нежелательных последующих эффектов.
В исследовании, опубликованном в этом месяце в Nature Communications, японские исследователи во главе с Университетом Осаки описывают новый подход к редактированию генома, который приближает нас к достижению мечты об устранении множества болезней, вызванных ошибками в нашей ДНК.
Большинство современных методов редактирования генов основаны на технологии CRISPR – сокращенно от «кластеров регулярно чередующихся коротких палиндромных повторов» – адаптированной из бактериальных систем противовирусной защиты.
По сути, CRISPR-ассоциированные белки (Cas) могут быть направлены в определенные области генома, где они делают точные разрезы в ДНК. Этот подход можно использовать для полного устранения участков дефектной ДНК или для введения новой ДНК путем предоставления измененной схемы, которой следует клетка при восстановлении разрыва ДНК.
Существует два основных класса систем CRISPR, класс 1 и класс 2, которые различаются количеством вспомогательных белков, необходимых для разрезания ДНК.
В то время как большинство подходов к редактированию генов используют однокомпонентные системы CRISPR класса 2, очень мало известно о полезности многокомпонентных систем класса 1 при редактировании генов эукариот.
«Системы CRISPR класса 2, особенно те, которые используют ферменты Cas9 или Cas12a, широко используются для редактирования генома эукариот», – говорит ведущий автор исследования Хироюки Морисака. «Однако эти системы не идеальны: помимо внесения непреднамеренных мутаций, эффективность редактирования генома с использованием этих методов может быть несколько разной."
Поэтому исследователи решили выяснить, могут ли системы CRISPR класса 1 предложить более эффективную и безопасную альтернативу.
Используя систему CRISPR класса 1 на основе белка Cas3, команда успешно продемонстрировала как делеции, так и вставки ДНК в человеческие клетки.
Примечательно, что белок Cas3 индуцировал однонаправленные делеции больших участков ДНК, выделяя его среди ферментов класса 2, которым обычно требуется помощь для достижения таких больших изменений генома. Но что наиболее важно, Cas3 обеспечивает более эффективное редактирование генома, чем Cas9, без заметных побочных эффектов.
Чтобы подтвердить терапевтический потенциал системы, исследователи провели репарацию гена DMD на основе Cas3 в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках пациента с мышечной дистрофией Дюшенна.
«Наши результаты показывают, что этот метод на основе Cas3 предлагает превосходную альтернативу системам редактирования генов CRISPR класса 2», – говорит старший автор Томодзи Машимо. "Помимо очевидного терапевтического использования, мы рассматриваем потенциальные применения в открытии лекарств, профилактике заболеваний и улучшении урожая."