Исправить генетическую «бессмыслицу»: ученые придумали универсальный инструмент для редактирования ДНК

Это может помочь в борьбе со многими заболеваниями

Один универсальный инструмент для редактирования генов может исправить несколько генетических нарушений, восстановив белки, которые были укорочены из-за мутаций, вызывающих заболевания. Возможно, однажды этот метод позволит преодолеть ключевой недостаток генной терапии: необходимость разрабатывать индивидуальное лечение для каждого заболевания.

Новый подход, получивший название PERT, сочетает в себе редактирование генов с использованием искусственно созданных молекул РНК, которые позволяют синтезу белка продолжаться, даже если мутация в ДНК приводит к его преждевременному прекращению. Такие мутации называются нонсенс-мутациями, и они составляют почти четверть известных вариантов ДНК, вызывающих заболевания.

На данный момент PERT успешно преодолевает нонсенс-мутации, вызывающие заболевания, у мышей и в человеческих клетках, выращенных в лабораторных условиях. Однако, по словам Дэвида Лю (David Liu), биохимика из института Броуда в Кембридже, штат Массачусетс, и соавтора статьи об этом методе, необходимы дальнейшие испытания и доработки, прежде чем его можно будет применять на людях.

Если PERT окажется эффективным при лечении людей, он может снизить стоимость и ускорить разработку методов генной терапии для лечения многих заболеваний. Дэвида Лю и его коллеги опубликовали свои результаты 19 ноября в журнале Nature.

Дерзкое предложение

Лю впервые задумался о PERT несколько лет назад, когда готовился к мероприятию под названием «научное караоке» в рамках ежегодного выездного семинара своей лаборатории. Во время этого мероприятия каждый участник представляет нестандартную идею для проекта, который может вывести лабораторию на новый уровень.

Для своего проекта Лю предложил команде изучить синтетические молекулы РНК, называемые супрессорными тРНК, которые позволяют клеточному механизму синтеза белка считывать бессмысленную мутацию в ДНК и производить полноразмерный белок. Лю предположил, что супрессорные тРНК можно внедрить в геном с помощью метода, называемого прайм-редактированием. В конце своей десятиминутной презентации Лю спросил у коллег, кто хотел бы взяться за этот проект. Несколько человек вызвались добровольцами.

Пока команда работала над созданием PERT, другие исследователи опубликовали многообещающие результаты использования супрессорных тРНК без редактирования генов. Одна группа использовала вирус для доставки тРНК в клетки; другая заключила свои тРНК в жировые частицы, аналогичные тем, что используются в мРНК-вакцинах от COVID-19.

Каждый из этих подходов показал многообещающие результаты на животных моделях с генетическими заболеваниями. Но вирусы могут вызывать опасные иммунные реакции, а для введения жировых частиц требуются повторные дозы.

Генетическое редактирование, напротив, позволило бы исследователям внедрить ген, кодирующий тРНК-супрессор, в геном реципиента. Теоретически дальнейшие дозы не потребуются.

Строгий редактор

Лю и его коллеги протестировали свою систему на выращенных в лаборатории человеческих клетках с мутациями, вызывающими одно из четырех генетических заболеваний: муковисцидоз, болезнь Баттена, болезнь Тея — Сакса и болезнь Ниманна — Пика. В каждом случае PERT смог частично восстановить нормальную активность белка.

Они также протестировали этот подход на мышах с нонсенс-мутацией, которая приводит к усечению белка под названием IDUA и вызывает состояние, схожее с тяжелым заболеванием у людей — синдромом Гурлера, при котором в клетках накапливаются токсичные отходы. PERT восстановил выработку полноразмерного IDUA максимум до 7,6% от нормального уровня, но этого было достаточно, чтобы облегчить симптомы у мышей.

Однако ученые предупреждают, что супрессорные тРНК могут оказаться не такими надежными, как кажется на первый взгляд. Одна и та же супрессорная тРНК не будет работать со всеми нонсенс-мутациями. Кроме того, оптимальное количество специфических тРНК может варьироваться в зависимости от ткани, а это значит, что терапия с использованием супрессорных тРНК, разработанная, например, для лечения легких, может оказаться небезопасной или неэффективной при лечении печени.

Лю говорит, что лаборатория планирует разработать дополнительные супрессорные тРНК для использования в различных контекстах.

Недавно ученые предположили, что ген, вызывающий ожирение, парадоксальным образом связан с пониженным риском развития сердечно-сосудистых заболеваний и высокого уровня холестерина.