Новый инструмент на основе CRISPR вставляет большие последовательности ДНК в нужные места в клетках
Опираясь на систему редактирования генов CRISPR, исследователи Массачусетского технологического института разработали новый инструмент, который может вырезать неисправные гены и заменять их новыми более безопасным и эффективным способом.
Используя эту систему, исследователи показали, что они могут доставлять гены длиной до 36 000 пар оснований ДНК в несколько типов клеток человека, а также в клетки печени мышей.
Новый метод, известный как PASTE, может быть многообещающим для лечения заболеваний, вызванных дефектными генами с большим количеством мутаций, например таких, как муковисцидоз.
«Это новый генетический способ потенциального воздействия на эти действительно трудноизлечимые заболевания», — говорят ученые. «Мы хотели работать над тем, что генная терапия должна была делать с самого начала, а именно заменять гены, а не просто исправлять отдельные мутации».
Новый инструмент сочетает в себе точное нацеливание CRISPR-Cas9, набора молекул, первоначально полученных из систем защиты бактерий, с ферментами, называемыми интегразами, которые вирусы используют для встраивания собственного генетического материала в бактериальный геном.
В исследовании ученые показали, что они могут использовать PASTE для вставки генов в несколько типов клеток человека, включая клетки печени, Т-клетки и лимфобласты (незрелые лейкоциты). Они протестировали систему доставки с 13 различными генами полезной нагрузки, включая те, которые могут быть терапевтически полезными, и смогли вставить их в девять различных мест генома.
В эти клетки исследователи смогли вставить гены с вероятностью успеха от 5 до 60 процентов. Этот подход также дал очень мало нежелательных «вставок» (или делеций) в местах интеграции генов.
Исследователи также продемонстрировали, что они могут вставлять гены в «гуманизированную» печень мышей. Печень этих мышей примерно на 70% состоит из человеческих гепатоцитов, и PASTE успешно интегрировала новые гены примерно в 2,5% этих клеток.
Последовательности ДНК, которые ученые использовали, имели длину до 36 000 пар оснований, но они считают, что можно использовать и более длинные последовательности. Ген человека может содержать от нескольких сотен до более чем 2 миллионов пар оснований, хотя в терапевтических целях необходимо использовать только кодирующую последовательность белка, что резко уменьшает размер сегмента ДНК, который необходимо вставить в геном.
В настоящее время исследователи дополнительно изучают возможность использования этого инструмента в качестве способа замены дефектного гена кистозного фиброза.
Этот метод также может быть полезен для лечения заболеваний крови, вызванных дефектными генами, таких как гемофилия и дефицит G6PD или болезнь Гентингтона, неврологическое расстройство, вызванное дефектным геном, который имеет слишком много генных повторов.
Исследователи также сделали свои генетические конструкции доступными в интернете для использования другими учеными.
«Одна из замечательных особенностей разработки этих молекулярных технологий заключается в том, что люди могут опираться на них, разрабатывать и применять их способами, о которых мы, возможно, не думали или не рассматривали», — сказал автор работы Джонатан Гутенберг.
Исследование было опубликовано в Nature Biotechnology.