Обзор новостей Genetics-info 10 сентября – 23 сентября

  1. Геномное редактирование на живых людях начало давать результаты. Но не вполне объяснимые… 

Врачи и ученые, начавшие осенью прошлого года первый в истории эксперимент по редактированию генома живого человека, осторожно говорят о первых успехах: у пациентов с синдромом Хантера, которые лечились с помощью нового метода, наблюдалось улучшение, однако повышения уровня фермента, который, по идее, и должен был создавать этот эффект, ученые показать не смогли. Результаты были представлены на конференции в Афинах, коротко об этом пишет журнал Science и издание STAT.

В клетках печени у людей с синдромом Хантера не синтезируется один из ферментов — идуронат-2-сульфатаза, и поэтому нарушено расщепление глюкозаминогликанов, веществ, необходимых для прикрепления клеток в тканях друг к другу. Из-за отсутствия фермента они вовремя не разрушаются и накапливаются в организме, отчего страдают самые разные органы и системы.

Вылечить синдром Хантера на данный момент невозможно. Состояние пациентов пытаются облегчить с помощью еженедельных вливаний искусственного аналога фермента — Elaprase, но он буквально за сутки почти полностью исчезает из организма. Это лечение стоит более 100 тысяч долларов в год, и не улучшает, например, симптоматику нервной системы.

Калифорнийская биотехнологическая компания Sangamo Therapeutics осенью 2017 года начала клинические испытания нового метода лечения, который подразумевает «починку» дефектного гена. В этом случае использовалась технология «цинковых пальцев» (Zinc finger nuclease). Это один из методов геномного редактирования, который сейчас применяется наряду с более известной и распространенной технологией CRISPR. При этом обезвреженные вирусные частицы, несущие закодированный инструмент для редактирования генома, попадают в организм с помощью обычной внутривенной капельницы. Затем с током крови они отправляются в клетки печени, где из них синтезируется белок.

Этот белок — нуклеаза, содержащая «цинковые пальцы» (структурные компоненты, стабилизированные ионами цинка), которая умеет узнавать заданную последовательность ДНК и разрезать ее в этом участке (в данной методике использовалась область первого интрона гена, кодирующего белок альбумин; здесь исключены «опасные» разрезы и вставки в непредвиденные и потенциально канцерогенные локусы). В этот участок вставляется копия работающего гена идуронат-2-сульфатазы, и ДНК вновь сшивается. При этом данный ген обладает более сильным по сравнению с природным «переключателем», то есть таким типом промотора, что для того, чтобы организм вырабатывал достаточное количество фермента, необходимо, чтобы ген заработал хотя бы в одном проценте клеток печени.

В рамках испытаний 44-летний Брайан Мадо наряду с еще одним испытуемым получал низкие дозы препарата. За уровнем глюкозаминогликанов в их организме наблюдали в течение четырех месяцев. Существенных изменений в их случае отмечено не было. Другие два пациента получали более высокую дозу препарата, и здесь впервые были получены значимые результаты. Уровень глюкозаминогликанов через четыре месяца в моче одного из них упал на 39 процентов, а у другого — на 63 процента.

Исследователи полагают, что полученные в ходе испытаний данные могут быть связаны с недостаточной чувствительностью метода детектирования белка, и что самое важное наблюдение сейчас — это заметное снижение уровня глюкозаминогликанов в организме больных. Следующим этапом проекта станет работа с еще более высокими дозами препарата (в пять раз выше, чем предыдущая). В перспективе ученые надеются назначать лечение этим препаратом пациентам с самого раннего возраста, когда необратимых изменений в их организме еще не произошло.

 

  1. Ученые изобрели новый метод CRISPR, который «пропускает» целые части в генах 

В новом исследовании Университета штата Иллинойс ученые адаптировали технологию редактирования генов CRISPR, чтобы заставить внутреннее оборудование клетки пропускать небольшую часть гена при переписывании его в шаблон для создания белка. Это дает исследователям возможность не только устранить мутированную последовательность генов, но и влиять на то, как ген экспрессируется и регулируется.

Такое целевое редактирование могло бы в один прекрасный день быть полезным для лечения генетических заболеваний, вызванных мутациями в геноме, таких как мышечная дистрофия Дюшенна, болезнь Хантингтона или некоторые виды рака.

Технологии CRISPR обычно отключают гены, разрушая ДНК в начале целевого гена, вызывая мутации, когда ДНК связывается вместе. Такой подход может вызвать проблемы, такие как разрушение ДНК в местах, отличных от предполагаемой цели, и сломанной ДНК, повторно присоединяющейся к различным хромосомам.

Новый метод CRISPR-SKIP, описанный в журнале Genome Biology, не разрушает нити ДНК, но вместо этого изменяет одну точку в целевой последовательности ДНК.

В клетках млекопитающих гены разбиваются на сегменты, называемые экзонами, которые чередуются с областями ДНК, которые не кодируют ничего. Когда механизм клетки транскрибирует ген в РНК, который должен быть переведен в белок, в последовательности ДНК есть сигналы, указывающие, какие части являются экзонами и которые не являются частью гена. Клетка объединяет РНК, транскрибированную из кодирующих частей, чтобы получить один непрерывный шаблон РНК, который используется для получения белков.

CRISPR-SKIP изменяет одну базу до начала экзона, заставляя клетку читать ее как некодирующую часть.

Исследователи протестировали методику в нескольких клеточных линиях от мышей и людей, как здоровых, так и злокачественных.

Они секвенировали ДНК и РНК из обработанных клеток и обнаружили, что система CRISPR-SKIP может ориентироваться на конкретные базы и пропускать экзоны с высокой эффективностью, а также продемонстрировать, что различные целевые CRISPR-SKIP могут быть объединены, чтобы пропускать несколько экзонов в одном гене, если это необходимо.

Этот метод еще нужно продолжать испытывать на живых организмах, так как учеными были замечены некоторые генетические мутации вдали от отредактированных областей, которые необходимо минимизировать. Даже если техника не полностью эффективна, тем не менее, она все равно может быть полезной.

Возможно, мы получим множество методов редактирования CRISPR, чтобы помогать лечить болезни и избегать мутаций. На данный момент продолжается исследование, насколько эффективным и полезным может быть CRISPR-SKIP. Как и CRISPR-Cas9, мы должны обязательно убедиться, что технология безопасна до того, как можно будет разработать лечение на ее основе.

Автор обзора: кандидат медицинских наук, врач-генетик Александра Галактионова