Используя новую систему редактирования генов, основанную на бактериальных белках, группа ученых из Массачусетского технологического института (MIT) вылечила мышей от редкого заболевания печени, вызываемого генетической мутацией.

Метод CRISPR, предлагающий простой способ
вырезания мутировавшего участка ДНК и его замены
правильной последовательностью, открывает широкие
перспективы в лечении многих генетических заболеваний.
(Рис. Christine Daniloff/MIT)

Этот успех, описанный в журнале Nature Biotechnology, – первое доказательство того, что метод редактирования генов, известный как CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), может обращать вспять симптомы заболевания в живом организме. Метод CRISPR, предлагающий простой способ вырезания мутировавшего участка ДНК и его замены правильной последовательностью, открывает широкие перспективы в лечении многих генетических заболеваний.

«Что интересно в этом подходе, это то, что мы действительно можем заменить дефектный ген в организме живого взрослого животного», – комментирует работу старший автор статьи Дэниел Андерсон (Daniel Anderson), доцент кафедры химической инженерии MIT, научный сотрудник Института интегративных исследований рака Дэвида Коха (David Koch Institute for Integrative Cancer Research) MIT.

Недавно разработанная система CRISPR основана на клеточных механизмах, используемых бактериями для защиты от вирусной инфекции. Ученые скопировали эту систему и создали редактирующие гены комплексы, которые включают в себя разрезающий ДНК фермент Cas9, связанный с короткой направляющей РНК (РНК-гидом), запрограммированной на связывание с определенной последовательностью генома и, таким образом, указывающей ферменту Cas9, где сделать свой разрез.

На сегодня разработаны и другие системы редактирования генов на основе разрезающих ДНК ферментов, известных как нуклеазы, но эти комплексы дороги и сложны в производстве.

«Система CRISPR очень легко конфигурируется и настраивается», – продолжает доктор Андерсон. Другие системы «потенциально могут быть использованы аналогичным образом, что и система CRISPR, но с их помощью сложнее сделать нуклеазу, специфичную по отношению к представляющей интерес мишени», поясняет он.

Для этого исследования ученые разработали три направляющих цепочки РНК, мишенями которых являются разные последовательности ДНК рядом с мутацией, вызывающей тирозинемию I типа, в гене, кодирующем фермент под названием FAH. Пациенты с этим заболеванием, встречающимся с частотой 1 на 100 000 человек, не могут расщеплять аминокислоту тирозин, которая в таком случае накапливается в организме и может стать причиной печеночной недостаточности. Современные методы лечения этого заболевания включают в себя диету с низким содержанием белка и препарат под названием NTCB, нарушающий синтез тирозина.

В экспериментах на взрослых мышах, несущих мутантную форму фермента FAH, исследователи доставили в клетку направляющие цепочки РНК вместе с геном, кодирующим Cas9, и ДНК-матрицу длиной в 199 нуклеотидов, включающую в себя правильную последовательность мутантного гена FAH.

Таким образом не содержащий ошибок ген был встроен примерно в каждый 250-ый гепатоцит. (Гепатоциты – клетки, составляющие большую часть печени). В течение следующих 30 дней эти здоровые клетки начали размножаться и заместили больные, составив, в конечном счете, около одной трети всех гепатоцитов. Этого было достаточно, чтобы вылечить животных – они продолжали жить без препарата NCTB.

«Эта работа показывает, что CRISPR можно с успехом использовать на взрослых организмах, а также выявляет некоторые из проблем, которые необходимо будет решать, двигаясь вперед к разработке клинического метода лечения», – отзывается об исследовании Чарльз Герсбах (Charles Gersbach), доцент кафедры биомедицинской инженерии в Университете Дьюка (Duke University), не принимавший участия в данной работе. «В частности, чтобы транслировать этот подход на организм человека, для лечения большинства заболеваний необходимо значительно повысить эффективность редактирования генов и изучить другие способы доставки, что и отмечают авторы. Тем не менее, эта работа – захватывающий первый шаг к использованию современных инструментов редактирования генов для терапии тяжелейших генетических заболеваний».

Для доставки компонентов CRISPR исследователи использовали метод, известный как впрыск высокого давления, в котором для быстрого введения материала в вену используется мощный шприц. Такой подход обеспечивает успешную доставку материала в клетки печени, но доктор Андерсон считает возможной разработку и более оптимальных методов. В настоящее время его лаборатория работает над более безопасными и эффективными технологиями доставки, включая использование адресных наночастиц.

Оригинальная статья в Nature Biotechnology Genome editing with Cas9 in adult mice corrects a disease mutation and phenotype