Исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне сообщают, что новый инструмент редактирования генов, помогающий клеточным механизмам пропускать части генов, ответственных за заболевания, был применен для снижения образования предшественников амилоидных бляшек бета-амилоида в мышиной модели болезни Альцгеймера.

Применение на живых мышах показывает улучшенную эффективность инструмента, называемого SPLICER, по сравнению с текущим стандартом в технологии редактирования генов, а также потенциал для применения при других заболеваниях, говорят исследователи. Под руководством Пабло Переса-Пинеры, профессора биоинженерии в Университете Иллинойса, исследователи опубликовали свои выводы в журнале Nature Communications .

SPLICER использует подход редактирования генов, называемый пропуском экзонов, который представляет особый интерес для заболеваний, вызванных мутациями, которые приводят к образованию неправильно свернутых или токсичных белков, таких как мышечная дистрофия Дюшенна или болезнь Хантингтона.

«ДНК содержит инструкции по построению всего, что отвечает за функционирование клеток. Так что это как книга рецептов, которая содержит очень подробные инструкции по приготовлению пищи», — сказал Перес-Пинера.

«Но есть большие области ДНК, которые ничего не кодируют. Это как если бы вы начали читать рецепт индейки на ужин, а потом наткнулись на заметку «продолжение на странице 10». После страницы 10 следует «продолжение на странице 25». Страницы между ними — полная тарабарщина.

«Но, скажем, на одной из страниц с рецептами — в генетике, экзоне — есть опечатка, которая делает индейку несъедобной или даже ядовитой. Если мы не можем исправить опечатку напрямую, мы могли бы изменить примечание перед ней, чтобы перенаправить вас на следующую страницу, пропуская страницу с ошибкой, так что в конце вы сможете приготовить съедобную индейку.

«Хотя вы можете лишиться подливки, которая была на пропущенной странице, у вас все равно будет ужин. Точно так же, если мы сможем пропустить часть гена с токсичной мутацией, полученный белок все еще может иметь достаточно функций для выполнения своих критических ролей».

SPLICER основан на популярной платформе редактирования генов CRISPR-Cas9 — с ключевыми изменениями. Системы CRISPR-Cas9 требуют определенной последовательности ДНК для фиксации, что ограничивает количество генов, которые можно редактировать. SPLICER использует более новые ферменты Cas9, которым не нужна эта последовательность, открывая дверь к новым целям, таким как ген, связанный с болезнью Альцгеймера, на котором сосредоточилась группа из Иллинойса.

«Еще одна проблема, которую мы решаем в нашей работе, — это точность того, что именно пропускается», — сказал аспирант Анджело Мискалис, один из первых авторов статьи.

«При использовании современных методов пропуска экзонов иногда не все экзоны пропускаются, поэтому остается часть последовательности, которую мы не хотим выражать. Если провести аналогию с кулинарной книгой, это похоже на попытку пропустить страницу, но новая страница начинается в середине предложения, и теперь рецепт не имеет смысла. Мы хотели предотвратить это».

Существуют две ключевые области последовательности, окружающие экзон, которые сообщают клеточному механизму, какие части гена использовать для создания белков: одна в начале и одна в конце. В то время как большинство инструментов пропуска экзонов нацелены только на одну последовательность, SPLICER редактирует как начальную, так и конечную последовательности. В результате целевые экзоны пропускаются более эффективно, сказал Мискалис.

Группа из Иллинойса решила нацелиться на ген болезни Альцгеймера для первой демонстрации терапевтических возможностей SPLICER, поскольку, хотя целевой ген был хорошо изучен, эффективный пропуск экзона оставался неуловимым в живых организмах. Исследователи нацелились на конкретный экзон, кодирующий аминокислотную последовательность в белке, который расщепляется с образованием бета-амилоида, который накапливается и образует бляшки на нейронах в мозге по мере прогрессирования заболевания.

В культивируемых нейронах SPLICER эффективно снижал образование бета-амилоида. При анализе ДНК и РНК-выходов мозга мышей исследователи обнаружили, что целевой экзон был уменьшен на 25% у мышей, обработанных SPLICER, без каких-либо признаков нецелевых эффектов.

«Когда мы изначально попытались воздействовать на этот экзон с помощью старых методов, это не сработало», — говорит аспирантка Шраддха Ширгуппе, также являющаяся одним из первых авторов исследования.

«Сочетание новых редакторов оснований с двойным редактированием сплайсинга позволило пропускать экзон гораздо лучше, чем мы могли делать это ранее с помощью любого из доступных методов. Мы смогли показать, что он не только может лучше пропускать весь экзон , но и снижает количество белка, который производит бляшки в этих клетках».

«Пропуск экзонов работает только в том случае, если полученный белок по-прежнему функционален, поэтому он не может лечить все заболевания, имеющие генетическую основу. Это общее ограничение подхода», — сказал Перес-Пинера.

«Но для таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона или мышечная дистрофия Дюшенна, этот подход имеет большой потенциал. Следующий шаг — изучить безопасность удаления целевых экзонов при этих заболеваниях и убедиться, что мы не создаем новый белок, который является токсичным или лишен ключевой функции. Нам также необходимо провести более долгосрочные исследования на животных и посмотреть, прогрессирует ли заболевание со временем».