Ученые улучшили методику генного редактирования, снижая риски мутаций

Фото из открытых источников

Ученые разработали инновационный метод исправления генетических мутаций, который превосходит по точности и безопасности традиционную технологию CRISPR-Cas9, сообщает издание Innovanews. Новый подход, основанный на редактировании отдельных оснований ДНК, был впервые предложен Алексис Комор во время ее работы в Гарвардском университете под руководством молекулярного биолога Дэвида Лиу. С тех пор Комор, ныне профессор химии и биохимии Калифорнийского университета, продолжает совершенствовать эту технологию, чтобы повысить ее эффективность и снизить возможные побочные эффекты.

В недавней публикации в журнале Nature Communications она и ее коллеги подробно описали, как можно использовать специфические белки, участвующие в репарации ДНК, для более контролируемого и безопасного редактирования генома.

В основе метода лежит принцип изменения отдельных нуклеотидов ДНК без разрезания двойной спирали, что отличает его от классической системы CRISPR-Cas9. Последняя создает двуцепочечные разрывы в ДНК, которые клетка пытается восстановить, однако этот процесс часто сопровождается ошибками, приводящими к нежелательным вставкам и удалениями, известным как инделы. Такие повреждения могут вызывать серьезные мутации и даже гибель клеток. Новый метод, называемый редактированием оснований, позволяет химически преобразовывать одну нуклеотидную «букву» в другую, избегая двуцепочечных разрывов и связанных с ними рисков.

Комор разработала два основных инструмента: A-редактор, который преобразует аденин (A) в гуанин (G), и C-редактор, меняющий цитозин (C) на тимин (T). Процесс изменения цитозина происходит в два этапа: сначала цитозин превращается в урацил — нуклеотид, обычно встречающийся в РНК, а затем клеточные механизмы репарации самостоятельно заменяют урацил на тимин. Несмотря на отсутствие двуцепочечного разрыва, метод оставляет одноцепочечный надрез, что также влияет на эффективность редактирования.

Исследования Комор выявили, что некоторые белки, участвующие в репарации ДНК, могут как мешать, так и способствовать процессу редактирования. Так, белок лигаза 3 препятствует успешному внесению изменений, «зашивая» надрез до завершения редактирования, тогда как комплекс MutS-альфа, наоборот, ускоряет превращение урацила в тимин, поддерживая эффективность метода. Кроме того, белок UNG, обнаруживающий урацил в ДНК, снижает эффективность редактирования, и его блокировка позволяет повысить результативность Ц-редактора.

Этот метод уже применяется в клинической практике: по крайней мере десять пациентов получили лечение с использованием технологии редактирования оснований, и в настоящее время проводятся клинические испытания для оценки ее безопасности и эффективности в более широком масштабе. Комор отмечает, что понимание взаимодействия клеточных механизмов репарации с редактированием оснований критично для дальнейшего улучшения технологии и минимизации возможных побочных эффектов. Она подчеркивает, что разрезы ДНК, создаваемые классическим CRISPR, токсичны и могут приводить к крупным перестройкам хромосом, тогда как новый метод значительно снижает эти риски.

Важность исследований, поддержанных Национальным научным фондом США, заключается в возможности создания более безопасных и точных инструментов для генной терапии, что открывает новые перспективы в лечении генетических заболеваний. Однако остаются вопросы о долговременной стабильности внесенных изменений в делящихся клетках и особенностях работы метода в различных типах тканей, таких как нейроны и кроветворные клетки.

Алексис Комор и ее команда продолжают работу над оптимизацией технологии, стремясь к тому, чтобы редактирование генома стало максимально безопасным и эффективным инструментом для медицины будущего.