Возможность редактировать гены в живых организмах дает возможность лечить множество наследственных заболеваний. Однако многие типы инструментов редактирования генов не способны нацеливаться на критические области ДНК, и создание такой технологии было затруднено, поскольку живая ткань содержит различные типы клеток.
Теперь исследователи из Института Солка разработали новый инструмент, получивший название SATI, для редактирования генома мыши, что позволяет команде нацеливаться на широкий спектр мутаций и типов клеток. Новая технология редактирования генома, описанная в Cell Research 23 августа 2019 года, может быть расширена для использования в широком диапазоне генных мутаций, таких как болезнь Хантингтона и синдром редкого преждевременного старения, прогерия.
«Это исследование показало, что SATI является мощным инструментом для редактирования генома», – говорит Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, профессор лаборатории экспрессии генов Солка и старший автор статьи. «Это может сыграть важную роль в разработке эффективных стратегий замены генов-мишеней многими различными типами мутаций и открыть двери для использования инструментов редактирования генома для возможного лечения широкого спектра генетических заболеваний».
Методы, которые модифицируют ДНК, особенно систему CRISPR-Cas9, как правило, наиболее эффективны при делении клеток, таких как клетки кожи или кишечника, с использованием нормальных механизмов восстановления ДНК. Лаборатория Izpisua Belmonte ранее показала, что их технология редактирования генов на основе CRISPR / Cas9, называемая HITI (для гомологически независимой целевой интеграции), может быть нацелена как на делящиеся, так и на неделящиеся клетки. Области, кодирующие белок, функционируют как рецепты для приготовления белков, а области, называемые некодирующими областями, действуют как повара, решающие, сколько пищи приготовить. Эти некодирующие области составляют подавляющее большинство ДНК (~ 98%) и регулируют многие клеточные функции, включая выключение и включение генов , поэтому могут быть ценной целью для будущей генной терапии.
«Мы стремились создать универсальный инструмент для нацеливания на эти некодирующие участки ДНК, который не влиял бы на функцию гена, и позволил бы нацеливать широкий спектр мутаций и типов клеток» , – говорит Мако Ямамото, соавтор первый автор на бумаге и постдокторский сотрудник в лаборатории Izpisua Belmonte. «В качестве подтверждения концепции мы сосредоточились на мышиной модели преждевременного старения, вызванной мутацией, которую трудно исправить с помощью существующих инструментов редактирования генома».
Новый метод захвата гена, который ученые называют SATI (сокращение от межклеточной линеаризованной интеграции, опосредованной донором единой руки, с помощью интрона), является усовершенствованием предыдущего метода HITI, позволяющего ему нацеливаться на дополнительные области генома. SATI работает, вставляя нормальную копию проблемного гена в некодирующую область ДНК перед сайтом мутации. Этот новый ген затем интегрируется в геном вместе со старым геном через один из нескольких путей репарации ДНК, освобождая организм от пагубных эффектов исходного, мутированного гена, не рискуя ущербом, связанным с его полной заменой.
Ученые проверили технологию SATI на живых мышах с прогерией, вызванной мутацией в гене LMNA. Как у людей, так и у мышей с прогерией наблюдаются признаки преждевременного старения, сердечной дисфункции и резко сокращенной продолжительности жизни из-за накопления белка, называемого прогерином. Используя SATI, нормальная копия гена LMNA была вставлена в прогерию мышей. Исследователи смогли наблюдать уменьшение признаков старения в некоторых тканях, включая кожу и селезенку, а также увеличение продолжительности жизни (увеличение на 45% по сравнению с необработанными мышами прогерии). Подобное продление продолжительности жизни при переводе на людей составило бы более десяти лет. Таким образом, система SATI представляет собой первую технологию коррекции генов in vivo, которая может нацеливаться на некодирующие участки ДНК в различных типах тканей.
Затем команда стремится улучшить эффективность SATI путем увеличения количества клеток, которые включают новую ДНК.
«В частности, мы исследуем детали клеточных систем, участвующих в репарации ДНК, чтобы еще больше усовершенствовать технологию SATI для лучшей коррекции ДНК», – говорит Рейна Эрнандес-Бенитес, соавтор статьи и научный сотрудник в Izpisua Belmonte. лаборатория
