В новом исследовании детской больницы Бостона использовался инструмент редактирования генов CRISPR-Cas9 для изучения фатального генетического состояния, называемого фаоскокапулохимеральной дистрофией (FSHD, одно из семейства мышечных дистрофий), и для проверки потенциальной полезности различные гены, участвующие в этом расстройстве. Исследование опубликовано в журнале Наука трансляционной медицины .

Что такое CRISPR-Cas9?

CRISPR-Cas9 (сокращение от кластеризованных регулярно пересекающихся коротких палиндромных повторов и CRISPR-ассоциированного белка 9) представляет собой адаптацию естественной системы редактирования генома у бактерий, где кусочки ДНК удаляются из вирусных захватчиков бактериальным хозяином и превращаются в массивы ДНК, называемые массивами CRISPR. Функция этих массивов состоит в том, чтобы обеспечить бактериальное распознавание вируса или близкородственных вирусов, чтобы любой возврат вируса вызывал немедленную транскрипцию фрагментов РНК из массивов CRISPR. В результате РНК специфически направлена ​​против вирусной ДНК, которая затем разрезается с использованием фермента Cas9 или чего-то подобного. Это предотвращает какой-либо вред от вируса.

Система CRISPR-Cas9 заслуженно была в центре внимания в течение нескольких лет благодаря легкости, плавности и быстроте, с которыми она вносит жизненно важные изменения в геном организма. Как таковой, он рассматривается как наша лучшая надежда на вставку генов, которые могут исправить дефектные или отсутствующие гены, ответственные за различные генетические заболевания.

Однако система CRISPR-Cas9 также оказалась полезным инструментом для обнаружения генов, которые поддерживают другие, более активные гены, вызывающие генетические заболевания. Изменив способ, которым такие вспомогательные гены регулируют основных игроков гена, можно было бы разработать новые методы лечения таких заболеваний.

Что такое FSHD?

Состояние, называемое FSHD, является неизлечимым состоянием, при котором имеется сильная мышечная слабость на лице, лопатках и плечах. В настоящее время пациент получает только поддерживающую помощь.

Причиной FSHD является нежелательное включение гена DUX4, который обычно активен только во время развития плода. Эта неподходящая активность гена вызывает выработку белка DUX4 в мышечных клетках после рождения. Это токсично для мышечных клеток, вызывая их гибель и мышечную слабость.

Исследование

Ученые хотели посмотреть, можно ли компенсировать активность гена DUX4 или даже избежать ее, используя другие генные мишени. Они стремились расширить возможности пораженных мышечных клеток, несмотря на присутствие токсичного белка.

Чтобы выяснить, какой ген они должны использовать, они обратились к CRISPR-Cas9. Их цель была проста: отключить каждый ген в геноме, один за другим. В какой-то момент они надеялись, что найдут один или несколько генов, которые могут быть постоянно отключены в мышечной клетке человека, что позволит ей жить в присутствии белка DUX4. Другими словами, говорит автор Анжела Лек, «мы, по сути, использовали технику экрана CRISPR в качестве ярлыка, чтобы пролить свет на пути введения наркотиков» для FSHD ».

Выводы

Исследование выявило около шести перспективных генов-кандидатов с помощью скрининга CRISPR-Cas9. Некоторые из них были генами, которые активируются в условиях гипоксии или низкого уровня кислорода. Дальнейшие исследования показали, что гибель клеток, вызванная DUX4, вызвана, главным образом, гипоксией. Чтобы бороться с этим, команда взяла эти мышечные клетки и подвергла их воздействию молекул, предотвращающих возникновение этого гипоксического ответа. Результаты были воодушевляющими: клетки остались живы.

Другими словами, исследователь Луи Кункел говорит: «Наши результаты показывают, что нокаут ключевых генов, участвующих в передаче сигналов гипоксии, может снизить чувствительность клеток к токсичности от DUX4 и предотвратить их гибель».

На втором этапе исследователи культивировали мышечные клетки у пациентов с FSHD и обрабатывали их, подвергая их воздействию тех же соединений, ингибирующих сигнал гипоксии, уровни известных маркеров заболевания внутри клеток значительно снижались, что может означать снижение активности заболевания. .

Наконец, исследователи работали с двумя животными моделями FSHD, в форме рыбок данио. Когда эти рыбы подвергались воздействию тех же соединений, их мышечная структура улучшалась, как и мышечная функция. Рыба стала более активно плавать.

Последствия и будущие направления

Исследователи взволнованы их открытием и подали заявку на патент, чтобы защитить его, когда они переходят к другим исследованиям на животных. С тех пор Лек вышел из команды и планирует провести эксперименты на мышах с геном FSHD. Кункель продолжает работать над моделями рыбок данио.

Исследователи отмечают: «Самым обнадеживающим открытием этого исследования является то, что мы обнаружили, что существуют одобренные FDA лекарства, способные преодолеть токсический эффект DUX4». Они планируют проверить набор утвержденных лекарств, чтобы выяснить, какой из них лучше всего подходит для длительного лечения этого заболевания у людей.

Возможно, еще более значительным достижением является использование процесса, который на практике можно было бы использовать для определения способов лечения многих других состояний, способствуя их пониманию, нахождению целей для терапии и тестированию перспективных кандидатов.

Source link