Исследователи обнаружили, что разбор генного редактора, используемого в традиционной технологии CRISPR, может создать более точный инструмент, который можно включать и выключать, с гораздо меньшей вероятностью вызвать непреднамеренные мутации генома. Они говорят, что их новый инструмент потенциально может исправить около половины всех мутаций, вызывающих заболевания.

CRISPR — один из научных терминов, вошедший в повседневный словарь. Этот инструмент редактирования генов, возможно, является одним из величайших открытий 21-го века, произведя революцию в исследованиях и лечении генетических и негенетических заболеваний. Но основным риском, связанным с технологией CRISPR, является «нецелевое редактирование», то есть возникновение неожиданных, ненужных или даже неблагоприятных изменений в геноме, отличном от целевого сайта.

Теперь исследователи из Университета Райса разработали новый инструмент редактирования генов, основанный на технологии CRISPR, который является более точным и значительно снижает вероятность нецелевого редактирования.

«Наша команда намеревалась разработать улучшенную версию инструмента редактирования генов, который можно было бы включать или выключать по мере необходимости, обеспечивая беспрецедентную безопасность и точность», — сказал Хунчжи Цзэн, первый автор исследования. «Такой инструмент потенциально может исправить почти половину болезнетворных точковых мутаций в нашем геноме. Однако нынешние редакторы адениновых оснований находятся в постоянно включенном состоянии, что может привести к нежелательным геномным изменениям, одновременно внося желаемые исправления в геном хозяина».

ДНК состоит из двух связанных нитей, которые обвивают друг друга, образуя двойную спираль, напоминающую скрученную лестницу. «Ступени» лестницы состоят из пар оснований, которые представляют собой два комплементарных нуклеотидных основания, удерживаемых вместе водородными связями: пары аденина (А) с тимином (Т) и пары цитозина (С) с гуанином (G).

Мутации пар оснований, также известные как «точечные мутации», ответственны за тысячи заболеваний. Традиционный CRISPR использует редактор оснований аденина (ABE) или редактор оснований цитозина (CBE) для создания точечных мутаций в нужном сайте. Здесь исследователи использовали ABE и модифицировали его.

Они разделили АБЕ на два отдельных белка, которые оставались неактивными до тех пор, пока не была добавлена ​​молекула сиролимуса. Сиролимус, также известный как рапамицин, представляет собой препарат с противоопухолевыми и иммунодепрессивными свойствами, используемый для предотвращения отторжения при трансплантации органов и для лечения некоторых типов рака.

«Когда вводится эта небольшая молекула, два независимых неактивных сегмента редактора адениновых оснований склеиваются вместе и становятся активными», — сказал Цзэн. «Когда организм метаболизирует рапамицин, эти два фрагмента разделяются, делая систему неактивной».

Исследователи обнаружили, что помимо того, что их новый инструмент редактирования разделенных генов оставался активным в течение более короткого периода времени, чем исходный неповрежденный ABE, он имел и другие преимущества.

«По сравнению с полным [базовым] редактором наша версия сокращает нецелевое редактирование более чем на 70 процентов и повышает точность целевого редактирования», — сказал Цзэн.

Они проверили свой подход, воздействуя на ген PCSK9 в печени мышей. Ген PCSK9 вырабатывает белок, который помогает регулировать уровень холестерина в крови и, следовательно, имеет терапевтическое значение для человека. Они упаковали активированный рапамицином разделенный ABE в вектор аденоассоциированного вируса (AAV) и обнаружили, что он может конвертировать одну пару оснований A͵T в гене в пару оснований GͳC. Это преобразование особенно полезно, поскольку мутации пары оснований G͵C в AƒT составляют почти 50% одноточечных мутаций, связанных с генетическими заболеваниями человека.

«Мы надеемся, что наши инструменты редактирования разделенного генома в конечном итоге будут применяться для решения проблем, связанных со здоровьем человека, с большей точностью», — сказал Гао Сюэ, соавтор исследования.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.