Новый инструмент редактирования генов сокращает непреднамеренные мутации более чем на 70%

Ученые обнаружили, что разделение редактора генов, используемого в традиционной технологии CRISPR, создает более точный инструмент, который можно включать и выключать со значительно меньшей вероятностью вызвать непреднамеренные мутации генома. Новый инструмент потенциально может исправить около половины мутаций, вызывающих заболевания.

CRISPR — один из тех научных терминов, которые вошли в повседневный лексикон. Возможно, это одно из крупнейших открытий 21-го века. Инструмент редактирования генов произвел революцию в исследованиях и лечении генетических и негенетических заболеваний.

Но основной риск, связанный с технологией CRISPR, — это «нецелевые изменения», а именно неожиданные, нежелательные или даже неблагоприятные изменения в местах генома, отличных от целевого места.

Теперь исследователи из Университета Райса разработали новый инструмент редактирования генов на основе CRISPR, который более точен и значительно снижает вероятность нецелевых изменений.

«Наша команда намеревалась создать значительно улучшенную версию, которую можно будет включать и выключать по мере необходимости, обеспечивая беспрецедентный уровень безопасности и точности», — сказал Хунчжи Цзэн, ведущий автор исследования.

«Этот инструмент потенциально может исправить почти половину болезнетворных точечных мутаций в нашем геноме. Однако текущие редакторы адениновых оснований находятся в постоянно включенном состоянии, что может привести к нежелательным изменениям генома наряду с желаемой коррекцией генома хозяина».

ДНК состоит из двух связанных нитей, которые закручиваются друг вокруг друга, образуя двойную спираль, напоминающую скрученную лестницу.

«Ступени» лестницы состоят из пар оснований, двух комплементарных нуклеотидных оснований, удерживаемых вместе водородными связями: пар аденина (А) с тимином (Т) и цитозина (С) с гуанином (G).

Мутации пар оснований также называются «точечными мутациями» и вызывают тысячи заболеваний. Традиционный CRISPR использует либо редактор оснований аденина (ABE), либо редактор оснований цитозина (CBE) для создания точечных мутаций в нужных местах. Здесь исследователи взяли ABE и модифицировали его.

Они разделили ABE на два отдельных белка, которые остаются неактивными до тех пор, пока не будет добавлена ​​молекула сиролимуса. Сиролимус, также известный как рапамицин, представляет собой препарат с противоопухолевыми и иммунодепрессантными свойствами, который используется для предотвращения отторжения при трансплантации органов и лечения некоторых типов рака.

«После введения этой небольшой молекулы два отдельных неактивных фрагмента редактора адениновых оснований склеиваются вместе и становятся активными», — сказал Хунчжи Цзэн. «По мере того, как организм метаболизирует рапамицин, два фрагмента разделяются, деактивируя систему».

Исследователи обнаружили, что их новый инструмент для редактирования разделенных генов имеет преимущества в дополнение к тому, что остается активным в течение более короткого периода времени, чем исходный неповрежденный ABE.

«По сравнению с неповрежденным [базовым] редактором, наша версия сокращает количество нецелевых правок более чем на 70% и повышает точность целевых правок», — сказал Хунчжи Цзэн.

Ученые протестировали свой метод, воздействуя на ген PCSK9 в печени мышей. Ген PCSK9 вырабатывает белок, который помогает регулировать количество холестерина в кровотоке, поэтому он имеет терапевтическое значение для человека.

Упаковав активированный рапамицином разделенный ABE в вектор аденоассоциированного вируса (AAV), ученые обнаружили, что он преобразует одну пару оснований A͵T в пару оснований G͵C в гене. Это преобразование особенно полезно, поскольку мутации, при которых G͵C мутирует в пару оснований A͵T, составляют почти 50% одноточечных мутаций, связанных с генетическими заболеваниями человека.

«Мы надеемся увидеть в конечном итоге применение нашего инструмента редактирования разделенного генома с более высокой точностью для решения вопросов, связанных со здоровьем человека, гораздо более безопасным способом», — говорят ученые.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.