Новый генный метод эффективно корректирует мутацию муковисцидоза
Муковисцидоз — одно из наиболее распространенных генетических заболеваний, вызывающее скопление густой слизи в легких и других частях тела, проблемы с дыханием и инфекции. Коктейль из трех препаратов, известный как Трикафта (Trikafta), значительно улучшил качество жизни пациентов с момента его разработки в 2019 году, но он может вызвать катаракту и повреждение печени, и его необходимо принимать ежедневно, а стоимость его составляет около 300 000 долларов в год.
Теперь исследователи из Института Броуда Массачусетского технологического института, Гарварда и Университета Айовы разработали подход к редактированию генов, который эффективно корректирует наиболее распространенную мутацию, вызывающую муковисцидоз, обнаруженную у 85% пациентов. При дальнейшем развитии это может проложить путь к лечению, которое проводится только один раз и имеет меньше побочных эффектов.
Новый метод, опубликованный в журнале Nature Biomedical Engineering, точно и надолго корректирует мутацию в клетках легких человека, восстанавливая функцию клеток до уровня, аналогичного уровню Трикафты.
Этот подход основан на методе, называемом первичным редактированием, который позволяет производить вставки, делеции и замены в геноме длиной до сотен пар оснований с небольшим количеством нежелательных побочных продуктов.
«Мы надеемся, что использование первичного редактирования для устранения основной причины муковисцидоза может привести к единовременному и постоянному лечению этого серьезного заболевания», — говорят ученые.
«Разработка стратегии эффективного исправления этой сложной мутации также предоставила основу для оптимизации первичного редактирования, чтобы точно исправить другие мутации, вызывающие разрушительные расстройства».
Восстановление генов
Муковисцидоз вызван мутациями гена CFTR, которые нарушают ионные каналы в клеточной мембране, которые выкачивают хлориды из клеток. Известно более 2000 вариантов гена CFTR, 700 из которых вызывают заболевания. Наиболее распространенной является делеция СТТ из трех пар оснований, которая приводит к неправильному сворачиванию и деградации белка ионного канала.
Исправление делеции CTT в CFTR долгое время было целью терапии редактирования генов, но большинство попыток не были достаточно эффективными, чтобы обеспечить терапевтический эффект или использовать такие подходы, как редактирование нуклеазы CRISPR/Cas9, которые генерируют двух-цепочечные разрывы ДНК, которые могут вызвать нежелательные изменения в целевом гене и других участках генома.
Прайм-редактирование, более гибкий и контролируемый вид редактирования генов, не требующий двухцепочечных разрывов, может помочь устранить это ограничение. Чтобы более эффективно исправить мутацию CFTR, ученые объединили шесть различных усовершенствований этой технологии.
Они включали улучшение направляющих РНК первичного редактирования, которые программируют белки первичного редактора на поиск своей цели и выполнение желаемого редактирования, а также модификацию самого белка первичного редактора и другие изменения, которые делают целевой сайт более доступным.
В совокупности эти усовершенствования исправили около 60% делеций СТТ в клетках легких человека и около 25% в клетках, взятых непосредственно из легких пациента и выращенных в пробирке, что больше, чем предыдущие методы, которые исправляли менее 1% мутаций в клетках. Новый подход также генерировал в 3,5 раза меньше нежелательных вставок и делеций за одно редактирование, чем предыдущие методы, в которых использовался фермент нуклеаза Cas9.
Далее исследователям необходимо будет разработать способы упаковки и доставки основного оборудования для редактирования в дыхательные пути мышей и, в конечном итоге, человека. Команда надеется, что недавние разработки, такие как липидные наночастицы, достигающие легких мышей, могут помочь ускорить внедрение этого подхода.