Новый метод редактирования генов уменьшает проблему мутаций

Новости сегодня - Новый метод редактирования генов уменьшает проблему мутаций

Новый метод открывает двери для более безопасного редактирования генов, уменьшая проблему мутаций в генной терапии.

CRISPR-Cas9 широко используется для редактирования генома путем изучения интересующих генов и модификации генов, связанных с заболеванием. Однако этот процесс связан с побочными эффектами, включая нежелательные мутации и токсичность. Следовательно, необходима новая технология, которая уменьшает эти побочные эффекты, чтобы повысить ее полезность в промышленности и медицине.

Теперь исследователи из Университета Кюсю на юге Японии и Медицинской школы Университета Нагоя в центральной Японии разработали оптимизированный метод редактирования генома, который значительно снижает количество мутаций, открывая путь к более эффективному лечению генетических заболеваний. Их результаты были опубликованы в журнале Nature Biomedical Engineering .

Технология редактирования генома, основанная на CRISPR-Cas9, произвела революцию в пищевой и медицинской промышленности. В технологии нуклеаза Cas9, фермент, разрезающий ДНК, вводится в клетку с синтетической направляющей РНК (гРНК), которая направляет фермент в нужное место. Путем разрезания генома можно удалить нежелательные гены и легко и быстро добавить новые (функциональные) гены.

Одним из недостатков редактирования генома является растущее беспокойство по поводу мутаций и нецелевых эффектов. Это часто вызвано тем, что фермент нацеливается на геномные сайты, которые имеют последовательность, сходную с сайтом-мишенью. Точно так же мутации на хромосомном уровне могут возникать при изменении генов, что препятствует клиническим испытаниям генной терапии рака и даже приводит к смерти пациентов, проходящих лечение от мышечной дистрофии. Группа выдвинула гипотезу, что текущие протоколы редактирования, использующие Cas9, вызывают чрезмерное расщепление ДНК, что приводит к некоторым мутациям.

Чтобы проверить эту гипотезу, группа, состоящая из доцента Масаки Кавамата из Университета Кюсю и профессора Хироши Судзуки из Высшей школы медицины Университета Нагоя, построила систему под названием «AIMS» в клетках мыши, которая оценивала активность Cas9 отдельно для каждой хромосомы. Их результаты показали, что широко используемый метод был связан с очень высокой активностью редактирования. Они определили, что эта высокая активность вызывает некоторые нежелательные побочные эффекты, поэтому они искали методы модификации гРНК, которые могли бы ее подавить. Они обнаружили, что дополнительное удлинение цитозина на 5′-конце гРНК было эффективным в качестве «защиты» от сверхактивности и позволяло контролировать расщепление ДНК. Они назвали эту точную настройку системы защиты гРНК ([C] гРНК).

Их результаты были поразительны. С помощью их новой техники были уменьшены нецелевые эффекты и цитотоксичность, увеличена эффективность селективного редактирования одиночных аллелей, а также увеличена эффективность направленной по гомологии репарации, наиболее часто используемого механизма репарации двухцепочечных разрывов ДНК.

Чтобы проверить его эффективность в медицинских условиях, они исследовали редкое заболевание , называемое прогрессирующей оссифицирующей фибродисплазией. Используя модель мыши , они смогли создать тот же генотип, что и человеческая версия болезни. Затем, используя иПС-клетки, полученные от пациентов, они смогли точно восстановить повреждение до одного нуклеотида, особенно в ассоциированном с заболеванием аллеле, вызывающем заболевание, продемонстрировав полезность своего метода в качестве безопасного и эффективного метода генной терапии.

Команда также построила первую математическую модель корреляции между различными паттернами редактирования генома и активностью Cas9, которая позволила бы пользователю моделировать результаты редактирования генома во всей клеточной популяции. Этот прорыв позволит исследователям определить активность Cas9, которая максимизирует эффективность, сокращая огромные затраты и трудозатраты.

«Мы создали новую платформу редактирования генома, которая может максимизировать желаемую эффективность редактирования путем разработки регулирующих активность [C]гРНК с соответствующей активностью Cas9. их активности, например, при использовании Cas12a, который имеет другой механизм расщепления ДНК», — сказал профессор Судзуки.

«Для методов, которые используют Cas9 для активации или подавления интересующих генов, таких как активация CRISPR и интерференция CRISPR, чрезмерная индукция или подавление экспрессии генов может быть бесполезной и даже вредной для клеток. Контроль уровней экспрессии с помощью [C] гРНК является важным технология, которую можно использовать для различных приложений, включая реализацию точной генной терапии».

В настоящее время группа работает над бизнес-планом запуска новой платформы редактирования генома. «В частности, мы считаем, что эта технология может внести значительный вклад в сферу медицины», — сказал доктор Кавамата. «В настоящее время мы оцениваем его терапевтическую эффективность и безопасность для отдельных целевых заболеваний в экспериментах на клетках и животных и используем его для помощи в разработке терапевтических препаратов и методов генной терапии, особенно для редких заболеваний, для которых еще не созданы методы лечения».

Новости партнеров: