Муковисцидоз — одно из самых распространенных генетических заболеваний, вызывающее скопление густой слизи в легких и других частях тела, проблемы с дыханием и инфекцию. Коктейль из трех препаратов, известный как Трикафта, значительно улучшил качество жизни пациентов с момента его разработки в 2019 году, но он может вызывать катаракту и повреждение печени и должен приниматься ежедневно по цене около 300 000 долларов в год.

Теперь исследователи из Института Брода Массачусетского технологического института, Гарварда и Университета Айовы разработали подход к редактированию генов, который эффективно исправляет наиболее распространенную мутацию, вызывающую кистозный фиброз, обнаруженную у 85% пациентов. При дальнейшем развитии это может проложить путь к методам лечения, которые применяются только один раз и имеют меньше побочных эффектов.

Новый метод, опубликованный сегодня (10 июля) в журнале Nature Biomedical Engineering , точно и надолго исправляет мутацию в клетках легких человека, восстанавливая функцию клеток до уровня, аналогичного уровню Трикафты.

Подход основан на методе, называемом первичным редактированием, который позволяет производить вставки, делеции и замены длиной до сотен пар оснований в геноме с небольшим количеством нежелательных побочных продуктов.

Технология редактирования Prime была разработана в 2019 году в лаборатории Дэвида Лю, профессора кафедры Ричарда Меркина и директора Института трансформационных технологий в здравоохранении имени Меркина при Университете Броуда, а также профессора Гарвардского университета и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза.

«Мы надеемся, что использование первичного редактирования для устранения основной причины муковисцидоза может привести к единовременному и постоянному лечению этого серьезного заболевания», — сказал Лю, старший автор исследования.

«Разработка стратегии для эффективного исправления этой сложной мутации также предоставила план оптимизации первичного редактирования для точного исправления других мутаций, вызывающих разрушительные нарушения».

Первыми авторами исследования стали научный сотрудник Алекс Соуза и аспирант Колин Хемез, оба из лаборатории Лю.

Ремонт генов
Муковисцидоз вызывается мутациями в гене CFTR, которые нарушают ионные каналы в клеточной мембране, которые выкачивают хлорид из клеток. Известно более 2000 вариантов гена CFTR, 700 из которых вызывают заболевание. Наиболее распространенной является делеция трех пар оснований CTT, которая приводит к неправильному сворачиванию и деградации белка ионного канала.

Исправление делеции CTT в CFTR долгое время было целью генной терапии, проводимой лабораториями, включая лабораторию Лю, но большинство попыток не были достаточно эффективными для достижения терапевтического эффекта или использования таких подходов, как редактирование нуклеазы CRISPR/Cas9, которое генерирует двухцепочечные разрывы в ДНК, что может привести к нежелательным изменениям в целевом гене и других участках генома.

Редактирование праймов, более гибкий и контролируемый вид редактирования генов, не требующий двухцепочечных разрывов, может помочь устранить это ограничение. Чтобы более эффективно исправить мутацию CFTR, команда Лю объединила шесть различных усовершенствований технологии. Они включали улучшение направляющих РНК прайм-редактирования, которые программируют белки прайм-редактора на поиск своей цели и выполнение желаемого редактирования, а также модификацию самого белка прайм-редактора и другие изменения, которые делают целевой сайт более доступным.

В совокупности эти усовершенствования исправили около 60% делеций CTT в клетках легких человека и около 25% в клетках, взятых непосредственно из легких пациента и выращенных в чашке Петри, что является увеличением по сравнению с предыдущими методами, которые исправляли менее 1% мутаций в клетках. Новый подход также генерировал в 3,5 раза меньше нежелательных вставок и делеций на редактирование, чем предыдущие методы, которые использовали фермент нуклеазы Cas9.

Далее исследователям необходимо будет разработать способы упаковки и доставки основных механизмов редактирования в дыхательные пути мышей и, в конечном итоге, людей. Команда надеется, что недавние разработки, такие как липидные наночастицы, которые достигают легких у мышей, могут помочь ускорить трансляцию этого подхода.