Полу-CRISPR с никазами
Лечение генетических заболеваний – одна из важнейших задач современной медицины. В течение последнего десятилетия развитие технологий CRISPR и достижения в области генетических исследований подарили пациентам надежду на исцеление, хотя безопасность новых методов по-прежнему вызывает серьезную озабоченность.
Группа биологов из Калифорнийского университета в Сан-Диего описала новый более безопасный подход, который в будущем сможет исправлять генетические дефекты. Стратегия основана на естественных механизмах репарации ДНК и потенциально может излечить широкий спектр генетических заболеваний.
Во многих случаях люди, страдающие генетическими заболеваниями, несут различные мутации в одной из двух копий генов, унаследованных от родителей. Это означает, что мутация в одной хромосоме часто имеет аналог здоровой последовательности в другой хромосоме. Здоровый вариант может быть использован репаративным механизмом клетки в качестве шаблона для восстановления цепи после иссечения мутантного гена.
Восстановительное редактирование генов с использованием последовательностей из параллельной хромосомы. Стандартный фермент Cas9 потенциально приводит к непреднамеренным мутациям в целевом участке и, возможно, в других частях генома (слева). Напротив, фермент никаза обеспечивает более эффективную коррекцию генов без мутагенных явлений (справа).
Экспериментируя на плодовых мухах, исследователи создали модели, позволяющие визуализировать гомологичную хромосомно-шаблонную репарацию (Homologous Chromosome-Templated Repair, HTR) с помощью выработки пигмента в глазах. У мух изначально были полностью белые глаза. Но когда они экспрессировали компоненты CRISPR (направляющую РНК плюс Cas9), у них появлялись большие красные пятна вокруг глаз – признак того, что механизм репарации ДНК клетки успешно обратил мутацию вспять, используя функциональную ДНК из другой хромосомы.
Затем исследователи протестировали новую систему с никазами – вариантами Cas9, которые нацелены только на одну цепь ДНК, а не на обе. Они обнаружили, что такие надрезы также приводили к восстановлению красного цвета глаз почти наравне с нормальными (не мутировавшими) здоровыми мухами. Они обнаружили успешную репарацию у 50-70% мух с помощью никаз по сравнению 20-30% в случае двухцепочечного разреза Cas9, которая к тому же генерирует нежелательные нецелевые мутации. Исследователи отметили, что универсальность новой системы может послужить моделью для фиксации генетических мутаций у млекопитающих.
Пока неизвестно, как одноцепочечное редактирование с использованием никаз покажет себя в экспериментах на человеческих клетках и можно ли его применить к какому-либо гену человека. Возможно, потребуется некоторая доработка для эффективного HTR для удаления патогенных мутаций, переносимых хромосомами человека.
Важной особенностью исследования является то, что новая система на основе никаз вызывает гораздо меньше нецелевых мутаций, чем при классическом CRISPR на основе Cas9. Кроме того, медленная и непрерывная доставка никаз в течение нескольких дней может оказаться более удобной, чем разовые воздействия.
Еще одним заметным преимуществом этого подхода является его простота. Он использует небольшое количество компонентов, и никазы делают «мягкие» надрезы ДНК, в отличие от Cas9, который осуществляет полные разрывы ДНК, часто сопровождающиеся мутациями.
Статья S.Roy et al. Cas9/Nickase-induced allelic conversion by homologous chromosome-templated repair in Drosophila somatic cells опубликована в журнале Science Advances.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам UCLA: “Soft” CRISPR May Offer a New Fix for Genetic Defects.