Новая технология CRISPR может помочь устранить мутированную последовательность генов

        

В новом исследовании в клетках исследователи из Университета Иллинойса адаптировали технологию редактирования генов CRISPR, чтобы заставить внутреннюю аппаратуру клетки пропускать небольшую часть гена при переписывании его в шаблон для создания белка. Это дает исследователям способ не только устранить мутированную последовательность генов, но и влиять на то, как ген экспрессируется и регулируется.

Такое целевое редактирование могло бы в один прекрасный день быть полезным для лечения генетических заболеваний, вызванных мутациями в геноме, таких как мышечная дистрофия Дюшенна, болезнь Хантингтона или некоторые виды рака.

Технологии CRISPR обычно отключают гены, разрушая ДНК в начале целевого гена, вызывая мутации, когда ДНК связывается вместе. Такой подход может вызвать проблемы, такие как разрушение ДНК в местах, отличных от предполагаемой цели, и сломанной ДНК, повторно присоединяющейся к различным хромосомам.

Новый метод CRISPR-SKIP, описанный в журнале Genome Biology не разрушает нити ДНК, а вместо этого изменяет одну точку в целевой последовательности ДНК.

«Учитывая проблемы с традиционным генным редактированием, разрушая ДНК, мы должны найти способы оптимизации инструментов для осуществления модификации генов. Это хорошо, потому что мы можем регулировать ген без нарушения геномной ДНК», – сказал профессор биоинженерии штата Иллинойс Пабло Перес-Пинера, который возглавлял исследование с профессором физики Иллинойса Джун Сонгом. Оба они связаны с Институтом Карла Р. Вуза для геномной биологии в У. И.

В клетках млекопитающих гены разбиты на сегменты, называемые экзонами, которые чередуются с областями ДНК, которые, по-видимому, не кодируют ничего. Когда механизм клетки транскрибирует ген в РНК, который должен быть переведен в белок, в последовательности ДНК есть сигналы, указывающие, какие части являются экзонами и которые не являются частью гена. Клетка объединяет РНК, транскрибированную из кодирующих частей, чтобы получить один непрерывный шаблон РНК, который используется для создания белков.

CRISPR-SKIP изменяет одну базу до начала экзона, заставляя ячейку читать ее как некодирующую часть.

«Когда клетка лечит экзон в качестве некодирующей ДНК, этот экзон не входит в зрелую РНК, эффективно удаляя соответствующие аминокислоты из белка», – сказал Майкл Гапинске, аспирант биоинженерии и первый автор статьи .

В то время как пропуски экзонов приводят к белкам, которые не хватает нескольких аминокислот, полученные усеченные белки часто сохраняют частичную или полную активность – этого может быть достаточно для восстановления функции при некоторых генетических заболеваниях, сказал Перез-Пинера, который также является профессором в Медицинском колледже Карла Иллинойса

Существуют другие подходы к пропуску экзонов или устранению аминокислот, но поскольку они не изменяют ДНК надолго, они обеспечивают лишь временную выгоду и требуют повторного введения в течение всего срока жизни пациента, говорят исследователи.

«Редактируя единую базу в геномной ДНК с использованием CRISPR-SKIP, мы можем устранить экзоны навсегда и, следовательно, добиться долговременной коррекции заболевания одним лечением», – сказал Алан Луу, физик-аспирант и соавтором исследования. «Этот процесс также обратим, если нам нужно снова включить экзон».

Исследователи протестировали метод в нескольких клеточных линиях от мышей и людей, как здоровых, так и раковых.

«Мы протестировали его на трех разных линиях клеток млекопитающих, чтобы продемонстрировать, что его можно применять к клеткам разных типов. Мы также продемонстрировали его в линиях раковых клеток, потому что мы хотели показать, что мы можем нацеливать онкогены», – сказала Сонг. «Мы не использовали его in vivo, это будет следующий шаг».

Они секвенировали ДНК и РНК из обработанных клеток и обнаружили, что система CRISPR-SKIP может ориентироваться на конкретные базы и пропускать экзоны с высокой эффективностью, а также продемонстрировать, что различные целевые CRISPR-SKIP могут объединяться, чтобы пропускать несколько экзонов в одном гена, если необходимо. Исследователи надеются проверить свою эффективность на живых животных – первый шаг к оценке его терапевтического потенциала.

«При мышечной дистрофии Дюшенна, например, достаточно исправить от 5 до 10 процентов клеток достаточно для достижения терапевтической пользы. С CRISPR-SKIP мы наблюдали изменения скорости более 20-30% во многих из мы изучили клеточные линии », – сказал Перес-Пинера

Группа построила веб-инструмент, позволяющий другим исследователям искать, может ли экзон быть нацелен на метод CRISPR-SKIP, минимизируя вероятность его привязки к аналогичным сайтам в геноме.

Поскольку исследователи увидели некоторые мутации на нецелевых сайтах, они работают над тем, чтобы сделать CRISPR-SKIP еще более эффективным и конкретным.

«Биология сложная, человеческий геном – более трех миллиардов баз. Таким образом, вероятность посадки в месте, близком к намеченной области, не является незначительной и что-то нужно знать с помощью любой технологии редактирования генов», сказал. «Причина, по которой мы потратили столько времени, чтобы интенсивно искать ненужные мутации, заключается в том, что это может стать серьезным препятствием для медицинских приложений. Мы надеемся, что будущие усовершенствования технологий редактирования генов увеличат специфичность CRISPR-SKIP, чтобы мы могли начать для решения некоторых проблем, которые позволили генной терапии широко применяться в клинике ».

Источник:

https://news.illinois.edu/view/6367/683492

      

Source link