Технологія використання CRISPR/Cas9 для лікування РНК-асоційованих хвороб

РНК підсвічена червоним, клітинне ядро - блакитним «. width =» 500-height = «247-class =» size-medium wp-image-54625-/> М'язові клітини пацієнта з міодистрофією 1 типу до (зліва) і після (праворуч) лікування. Повторювана РНК підсвічена червоним, клітинне ядро - блакитним.

До недавнього часу методика редагування генів CRISPR/Cas9 могла бути використана тільки для маніпуляцій з ДНК. У дослідженні, проведеному в 2016 році, вчені з медичної школи (School of Medicine) Каліфорнійського Університету в Сан-Дієго (University of California San Diego) перепрофілювали метод відстеження РНК в живих клітинах у методі, званому РНК-націлюванням Cas9 (RCas9).

У новому дослідженні, опублікованому 10 серпня в журналі Cell, команда просуває RCas9 на ще один крок. Тепер вчені використовували цей метод для виправлення молекулярних помилок, які призводять до захворювань з повторним розширенням мікросателіту, наприклад, міотонічної дистрофії першого і другого типу і хвороби Хантінгтона.

"Це цікаво, тому що ми не тільки націлені на основну причину захворювань, для яких в даний час не існує методів лікування для уповільнення прогресування. Ми також переробили систему CRISPR/Cas9 таким чином, щоб було можливо доставити її в певні тканини за допомогою вірусного вектора ", - сказав старший автор Джин Йе, доктор філософії, професор клітинної і молекулярної медицини (Gene Yeo, PhD, professor of cellular and molecular medicine) в Каліфорнійській медичній школі Сан-Дієго.

Якщо ДНК схожа на проект архітектора для клітини, РНК - це інтерпретація проекту інженером. В основі життя на Землі лежить наступний механізм: гени, закодовані в ДНК в ядрі, транскрибуються в РНК, а РНК переносять повідомлення в цитоплазму, де вони транслюються для створення білків.

Захворювання експансії некодуючих (мікросателітних) повторів виникають через помилкові повтори в послідовностях РНК. Вони токсичні для клітини, частково тому, що вони заважають утворенню найважливіших білків. Ці повторювані РНК накопичуються в ядрі або цитоплазмі клітин, утворюючи щільні вузли, звані фокусами.

У цьому дослідженні, яке доводило концепцію, команда Йе використовувала RCas9 для усунення проблемних РНК, пов'язаних з хворобами експансії некодуючих повторів в клітинах пацієнтів, і в клітинних моделях захворювань в лабораторії.

Зазвичай CRISPR/Cas9 працює так: дослідники розробляють «направляючу» РНК, щоб відповідати послідовності певного гена-мішені. Потім РНК направляє фермент Cas9 в потрібне місце в геномі, де він «ріже» ДНК. Клітина неточно відновлює розрив ДНК, таким чином, деактивуючи ген. В іншому випадку, дослідники замінюють ділянку, прилеглу до розрізу, скоригованою версією гена. RCas9 працює аналогічно, але в рамках цієї технології РНК направляє Cas9 в молекулу РНК замість ДНК.

Дослідники протестували нову систему RCas9 в лабораторії. RCas9 усунула 95% або більше осередків РНК, пов'язаних з міотонічною дистрофією 1 і 2 типу, одним типом бокового аміотрофічного склерозу і хворобою Хантінгтона. Цей підхід також усунув 95% аберрантних повторюваних РНК у клітинах пацієнта з міотонічною дистрофією, культивованих у лабораторії.

Ще одне відкриття, зроблене в ході дослідження, було пов'язане з MBNL1. Це білок, який зазвичай пов'язує РНК, але відокремлюється від своїх РНК-мішеней фокусами РНК при міотонічній дистрофії 1 типу. Коли дослідники застосовували RCas9, вони реверсували 93% цих дисфункціональних РНК-мішеней в м'язових клітинах пацієнта, і клітини в кінцевому рахунку стали нагадувати здорові контрольні клітини.

«Хоча це дослідження дає перші докази того, що підхід працює в лабораторії, перш ніж RCas9 можна буде випробувати у пацієнтів, належить пройти довгий шлях», - пояснив Йе.

«Головне, чого ми ще не знаємо, полягає в тому, чи вірусні вектори, які доставляють RCas9 в клітини, будуть позбавлені імунної відповіді, - сказав він. - Перш ніж це можна було б перевірити на людях, нам потрібно протестувати його на тварин моделях, визначити потенційну токсичність і оцінити довгостроковий вплив».

Для цього Йе і його колеги запустили спеціалізовану компанію під назвою Locana. Вона призначена для обробки доклінічних кроків, необхідних для переміщення RCas9 з лабораторії в клініку для лікування захворювань, пов'язаних з порушеннями РНК.

«Ми дуже схвильовані з приводу цієї роботи, тому що ми не тільки визначили новий потенційний терапевтичний механізм для CRISPR-Cas9, але і продемонстрували, як його можна використовувати для лікування цілого класу захворювань, для яких немає успішних варіантів лікування», - сказав Девід Неллес (David Nelles), співавтор першого дослідження з Ранджаном Батрою (Ranjan Batra), іншим дослідником ra.

«Існує понад 20 генетичних захворювань, викликаних мікросателітними експансіями в різних місцях геному, - сказав Батра. - Можливість програмувати систему RCas9 для націлювання на різні повтори в поєднанні з низьким ризиком побічних ефектів - ось головна сила [нашої розробки]».