Метод CRISPR уменьшает повторяющееся поведение в моделях мыши с хрупким X-синдромом

        

Ученые использовали редактирование гена CRISPR-Cas9, чтобы уменьшить некоторые симптомы аутизма у мышей с формой хрупкого синдрома X, самой распространенной известной причины одного генеза аутичного спектра.

Использование наночастиц золота для доставки ДНК-режущего фермента Cas9 в мозг – техника, разработанная в Калифорнийском университете в Беркли и называемая CRISPR-Gold – исследователи смогли отредактировать ген для рецептора нейромедиатора и уменьшить повторяющееся поведение, характерное для хрупкого синдрома X (FXS).

Поскольку чрезмерное повторяющееся поведение является общими чертами в расстройствах аутистического спектра, эффективное снижение этих поведений в моделях мыши FXS демонстрирует потенциальное применение этой техники для других типов аутизма, для которых генетическая причина известна, говорят исследователи

«Лечение и лечение аутизма еще не проводилось, и многие из клинических испытаний препаратов с малыми молекулами, нацеленных на белки, вызывающие аутизм, потерпели неудачу», – сказал руководитель исследования Хе Янг Ли, доцент кафедры клеточной и интегративной физиологии в Научный центр здоровья Университета Техаса в Сан-Антонио. «Это первый случай, когда мы смогли отредактировать причинный ген для аутизма в мозге и показать спасение поведенческих симптомов».

Согласно исследователям, CRISPR-Gold имеет много преимуществ по сравнению с другими способами получения Cas9 в организм, например, с использованием вирусов.

«Настоящая убедительная вещь в этой статье – это то, что Хе Янг смог показать, что если вы вводите CRISPR-Gold в мозг, вы можете выбивать болезнетворные гены и фактически видеть довольно значительные поведенческие изменения», – сказал CRISPR- Золотой изобретатель Нирен Мурти, профессор биоинженерии Калифорнийского университета в Беркли. «Это первый раз, когда кто-либо когда-либо показывал это с невирусной доставкой».

Те, у кого есть расстройства спектра аутизма, имеют проблемы с взаимодействием с другими людьми, а также преувеличенное повторяющееся поведение, такое как раскачивание и хлопание. В то время как ASD, по-видимому, имеет различные причины, в том числе множественные генетические мутации, расстройства с одним геном, такие как FXS, являются более простым способом изучения причин и возможных методов лечения. В то время как расстройство спектра аутизма затрагивает более одного процента от всех детей, FXS редко встречается у каждого из 4000 мальчиков и 6 000 девочек.

Результаты будут опубликованы онлайн 25 июня в ежемесячном журнале Nature Biomedical Engineering .

Новое исследование – первая демонстрация того, что белок Cas9 может быть переправлен в мозг, чтобы выбить ген и оказывать терапевтический эффект. В то время как другие исследователи ввели гены для Cas9 в нейроны с помощью вирусов, таких как адено-ассоциированный вирус, возникают проблемы, потому что ген продолжает экспрессировать фермент Cas9, что приводит к случайному разрезанию других генов. CRISPR-Gold несет сам комплекс Cas9 – очищенный белок Cas9 и направляющую РНК – непосредственно в клетки, где он сокращается несколько раз, а затем исчезает.

«Если вы вводите ДНК CRISPR с использованием вируса, вы не можете контролировать, сколько белка касфера и направляющей РНК выражено, поэтому инъекция его через вирус имеет потенциальную проблему», – сказал Ли. «Я думаю, что метод CRISPR-Gold очень крут, потому что мы можем контролировать количество, которое мы хотим внедрить, и это, вероятно, минимизирует побочные эффекты использования CRISPR, например, вне целевых эффектов».

Техника открывает дверь для лечения условий, начиная от опиоидной зависимости и невропатической боли до шизофрении и эпилептических припадков, сказал Мурти

Демпфирование сверхвозбужденного мозга

В эксперименте на мышах с FXS исследователи ввели CRISPR-Gold, несущий комплекс Cas9 в полосатый мозг мозга, регион, который, как известно, опосредует формирование привычки, в том числе связанную с повторяющимся поведением, характерным для ASD. Cas9 нацелился на возбуждающий рецептор – метаботропный рецептор глутамата 5 (mGluR5), который участвует в общении между нейронами и, как известно, дисрегулирован в FXS. Отключив ген mGluR5, исследователи смогли ослабить преувеличенную сигнализацию между клетками и уменьшить повторяющееся поведение.

«До этого эксперимента мы не знали, был ли рецептор mGluR5 в полосатом теле, особенно вовлечен в преувеличенное повторяющееся поведение, это важный биологический вывод нашего исследования», – сказал Ли.

У мышей с FXS повторяющееся поведение включало в себя навязчивое рытье и периодические прыжки в воздух. Копание было сокращено примерно на 30 процентов, тогда как прыжок снизился на 70 процентов. Примерно 50 процентов генов mGluR5 в стриатуме были отредактированы, что почти сократило количество рецепторных белков

Фармацевтические компании пытались впрыскивать маломолекулярные препараты в систему крови, чтобы блокировать один и тот же рецептор, но, хотя отмечено некоторое снижение повторяющегося поведения, мыши не реагировали на последующие обработки, очевидно, становясь толерантными

Многообещающая система CRISPR-Gold была разработана Murthy, которая фокусируется на доставке лекарств и разработке новых антибиотиков. В этом методе используются наночастицы золота, покрытые лесом цепочек ДНК, которые содержат молекулы Cas9, которые представляют собой комбинацию фермента, режущего ген, и направляющую РНК, которая находится на геном mGluR5. Пакет инкапсулирован в полимер, который помогает ему попасть в соответствующие клетки.

В прошлом году Murthy и его коллеги продемонстрировали, что CRISPR-Gold может переправлять Cas9 в мышечные клетки и заменять мутированный ген нормальным геном для улучшения силы у мышей с мышечной дистрофией Дюшенна

Новая статья доказывает, что CRISPR-Gold может успешно использовать Cas9 в различных клетках мозга

«Мы показали в этой статье, что мы также смогли редактировать не нейроны: микроглию, которые являются частью иммунной системы мозга, и астроциты, которые поддерживают нейроны», – сказал Мурти. «Мы фактически отредактировали те более эффективно, чем нейроны, и они могут играть очень важную роль во многих болезнях».

В 2016 году лаборатория Мерти выпустила стартап GenEdit для производства и тестирования методов CRISPR-Gold для различных генетических заболеваний. По словам генерального директора GenEdit и UC Berkeley Ph.D. Kunwoo Lee, который в настоящее время работает из гаража QB3 в кампусе UC Berkeley, удачное редактирование клеток мозга открывает дверь для лечения многих расстройств.

«CRISPR-Gold может использоваться для лечения различных генетических заболеваний, таких как болезнь Хантингтона», – сказал Ли. «Но это не ограничивается моногенными заболеваниями, оно также может быть использовано против полигенных заболеваний, как только мы выясним всю сеть вовлеченных генов».

. Важно отметить, что, по словам Мурти, GenEdit выяснил, как доставлять частицы CRISPR-Gold на большие расстояния – от Беркли до Сан-Антонио – и воспроизводить их воспроизводимо, устраняя ключевое узкое место, которое ограничило перевод многих других нанотехнологий.

Hye Young Lee, Kunwoo Lee и Murthy теперь работают над созданием частиц CRISPR-Gold, которые могут быть введены непосредственно в центральную нервную систему через спинной мозг, избегая необходимости открывать череп и вводить непосредственно в мозг. Хе Янг Ли с оптимизмом смотрит на то, что это может быть столь же эффективным, как внутричерепная инъекция в полосатое тело, чтобы уменьшить повторяющееся поведение и, возможно, даже решить некоторые проблемы социального взаимодействия ASD.

      

Source link