Российские специалисты в области науки добились значительного улучшения эффективности праймированного геномного редактирования. Они создали и проверили инновационный метод, который оказался более точным и безопасным. Исследователи сосредоточились на самом распространенном среди европейцев патогенном варианте гена CFTR, вызывающем муковисцидоз. Однако данный подход универсален и в дальнейшем может быть использован для коррекции множества наследственных заболеваний, отметили эксперты, опрошенные «Известиями».

Каким образом ученые усовершенствовали геномный редактор

Группа российских ученых разработала новый метод в области праймированного геномного редактирования и продемонстрировала его высокую эффективность, сообщили в пресс-службе Минобрнауки. Этот метод дает возможность точно редактировать заданные участки ДНК и при этом является более безопасным, чем классические редакторы, поскольку разрезает только одну цепь ДНК, а не обе. Исследования проводились сотрудниками Медико-генетического научного центра (МГНЦ) имени академика Н.П. Бочкова и Федерального медицинского биофизического центра имени А.И. Бурназяна ФМБА.

Работа была сосредоточена на наиболее частом среди европейской популяции патогенном варианте гена CFTR — F508del, который вызывает муковисцидоз и проявляется отсутствием трех нуклеотидов.

Ученые объяснили, что на сегодняшний день для пациентов с этой болезнью разработаны таргетные препараты, которые значительно улучшают здоровье. Однако их назначают строго с учетом генотипа, и не каждый патогенный вариант поддается лечению. Кроме того, лекарства нужно принимать всю жизнь, поэтому актуальным остается поиск способов корректировки самой причины болезни — варианта в гене.

Справка «Известий»

Геном представляет собой масштабную инструкцию по построению и работе человеческого организма, записанную с помощью нуклеотидных букв. Ошибка в одном гене может привести к серьезному заболеванию. Муковисцидоз — именно такая ошибка. Ученые давно разрабатывают молекулярные технологии, похожие на «карандаш и ластик», для исправления подобных ошибок прямо в геноме. Это и называется геномным редактированием.

Недавние исследования лаборатории редактирования генома МГНЦ показали, что система праймированного редактирования эффективнее других, поскольку вносит разрыв лишь в одну цепь ДНК, что существенно повышает безопасность. Она также лишена офф-таргет-эффекта — случайных разрывов в других местах генома.

Тем не менее, сама эффективность метода нестабильна и зависит от множества факторов. Специалисты МГНЦ пояснили «Известиям», что естественная репарационная система ДНК способна вмешаться в обработку разрыва, созданного редактором, восстанавливая его по прежнему патогенному образцу, а не по новому синтезируемому фрагменту.

Ученые из МГНЦ изменили систему редактирования так, чтобы сразу удалять патогенный вариант последовательности и обеспечить использование правильного нового фрагмента при репарации.

Они разработали и испробовали 12 версий модификаций системы для коррекции патогенного варианта CFTR F508del в базальных клетках дыхательных путей пациентов. Один из вариантов оказался эффективнее стандартного редактора в 2,13 раза.

— В настоящее время многие исследовательские группы занимаются улучшением эффективности праймированного редактирования, например, внедряют различные белки, связанные с репарацией ДНК. Но именно наше решение с удалением нежелательной нуклеотидной последовательности мы применили впервые, — сообщила «Известиям» заведующая лабораторией редактирования генома, к.м.н. Светлана Смирнихина.

Эксперты «Известий» пояснили, что стандартный праймированный редактор ориентируется на нужный участок двойной цепи ДНК, разрезает одну цепь и подставляет исправленную последовательность. Однако клеточная система репарации может отвергать новый образец и восстанавливать участок по старой ошибочной схеме, что снижает эффективность.

Исследователи предположили, что причиной является старый вырезанный фрагмент ДНК — «хвост», мешающий правильной работе. Чтобы справиться с этим, ученые добавили к редактору белок экзонуклеазу FEN, который отрезает этот «хвост». Это облегчает клетке использование правильного шаблона для заделки разрыва. Именно благодаря этому удалось значительно повысить эффективность коррекции самой распространенной мутации в European популяции, вызывающей муковисцидоз.

Генная терапия муковисцидоза

Классический метод CRISPR-Cas9 часто вызывает случайное редактирование нежелательных участков генома, отметил научный сотрудник Института изучения старения РНИМУ им. Н.И. Пирогова Михаил Болков. Кроме того, предыдущие методы могли работать только с определенными структурными и химическими участками ДНК, в то время как прайм-редактирование теоретически способно исправить около 89% генетических заболеваний человека.

— Но и у этого метода есть ограничения. Главная проблема в том, что наши собственные механизмы репарации ДНК быстрее работают. В момент редактирования неправильного участка система репарации может заделать повредждение по старому, ошибочному образцу, обгоняя фермент, а не использовать доставленный правильный шаблон. Внесенное отечественное усовершенствование прайм-редактирования направлено на устранение этой проблемы. При этом нецелевое редактирование оказалось минимальным, — отметил специалист.

Руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского федерального университета Альберт Ризванов объяснил «Известиям», что это открытие — важный шаг к генной терапии муковисцидоза, однако до внедрения в клинику еще далеко.

— Увеличение эффективности редактирования в два раза — значительное достижение для лабораторных условий. Тем не менее для практического лечения необходимо обеспечить исправление мутации почти в 100% клеток с очень высокой точностью. Представленный подход может стать одним из решений проблемы низкой эффективности праймированного редактирования. Он универсален и в будущем применим для коррекции тысяч других наследственных заболеваний, что и является ключевой ценностью данной работы, — пояснил эксперт.

Итоги совместного исследования российских ученых опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.

Справка «Известий»

Муковисцидоз — это системное наследственное заболевание, вызванное мутациями в гене трансмембранного регулятора муковисцидоза, проявляющееся поражением экзокринных желез и тяжелыми нарушениями функций дыхательных органов.