Инструмент редактирования генов уменьшает число прекурсоров бляшек Альцгеймера

Новый инструмент редактирования генов, который помогает клеточным механизмам пропускать части генов, ответственных за заболевания, применили для уменьшения образования предшественников бляшек амилоида-бета в мышиной модели болезни Альцгеймера.

Об этом сообщают исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.

Применение на живых мышах демонстрирует более высокую эффективность инструмента, названного SPLICER, по сравнению с текущим стандартом технологии редактирования генов, а также потенциал для применения при других заболеваниях, говорят исследователи. Под руководством Пабло Переса-Пинеры, профессора биоинженерии Университета штата Ай, исследователи опубликовали результаты в журнале Nature Communications.

SPLICER использует подход к редактированию генов под названием «пропуск экзонов», который представляет особый интерес для заболеваний, вызванных мутациями, которые приводят к образованию неправильных или токсичных белков, таких как мышечная дистрофия Дюшенна или болезнь Хантингтона.

ДНК содержит инструкции по созданию всего, что отвечает за функционирование клеток. Она похожа на книгу рецептов, в которой содержатся очень подробные инструкции по приготовлению пищи, — говорит Перес-Пинера.

Но есть большие участки ДНК, которые ничего не кодируют. Это как если бы вы начали писать рецепт ужина из индейки, а потом наткнулись на заметку, в которой говорится: «продолжение на странице 10». После страницы 10 — „продолжение на странице 25“. Между страницами — тарабарщина.

Но, скажем, на одной из страниц рецепта — в генетике это экзон — есть опечатка, которая делает индейку несъедобной или даже ядовитой. Если мы не можем исправить опечатку напрямую, мы можем изменить предшествующую ей заметку, чтобы отправить вас на следующую страницу, пропустив страницу с ошибкой, так что в конце вы сможете приготовить съедобную индейку. Хотя вы можете лишиться подливки, которая была на пропущенной странице, вы все равно поужинаете. Точно так же, если мы сможем пропустить часть гена с токсичной мутацией, полученный белок все равно будет достаточно функциональным, чтобы выполнять свои важные функции.

SPLICER основан на популярной платформе редактирования генов CRISPR-Cas9 — с ключевыми изменениями. Системы CRISPR-Cas9 требуют определенной последовательности ДНК для закрепления, что ограничивает возможности редактирования генов. SPLICER использует новые ферменты Cas9, которым не нужна эта последовательность, что открывает возможности для новых целей, таких как ген, связанный с болезнью Альцгеймера, на котором сосредоточилась группа из Иллинойса.

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

При существующих методах пропуска экзонов иногда пропускается не весь экзон, поэтому остается часть последовательности, которую мы не хотим экспрессировать. В аналогии 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.

Вокруг экзона есть два ключевых участка последовательности, которые указывают клеточному механизму, какие части гена использовать для создания белков: один в начале, другой в конце. В то время как большинство инструментов для удаления экзонов нацелены только на одну последовательность, SPLICER редактирует и начальную, и конечную последовательности. В результате целевые экзоны пропускаются более эффективно, говорит Мискалис.

Для первой демонстрации терапевтических возможностей SPLICER группа из Иллинойса выбрала ген болезни Альцгеймера, поскольку, хотя целевой ген хорошо изучен, эффективный пропуск экзонов в живых организмах остается недостижимым. Исследователи выбрали в качестве мишени определенный экзон, кодирующий последовательность аминокислот в белке, который расщепляется, образуя амилоид-бета, накапливающийся в нейронах мозга в виде бляшек по мере прогрессирования заболевания.

В культивируемых нейронах SPLICER эффективно снижал образование амилоид-бета. При анализе ДНК и РНК мозга мышей исследователи обнаружили, что целевой экзон был уменьшен на 25% у мышей, получавших SPLICER, без каких-либо признаков внецелевого воздействия.

Когда мы первоначально пытались нацелить этот экзон с помощью старых методов, это не сработало, — говорит аспирант Шраддха Ширгуппе, также один из первых авторов исследования.

Сочетание новых редакторов оснований с двойным редактированием сплайса позволило пропустить экзон с гораздо большей скоростью, чем это удавалось ранее с помощью любого из доступных методов. Мы смогли показать, что это не только позволяет лучше пропускать весь экзон, но и уменьшает количество белка, который производит бляшки в этих клетках.

«Пропуск экзонов работает только в том случае, если полученный белок остается функциональным, поэтому он не может лечить все заболевания, имеющие генетическую основу. Это общее ограничение подхода», — говорит Перес-Пинера. Но для таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона или мышечная дистрофия Дюшенна, этот подход имеет большой потенциал». Непосредственно следующим шагом будет изучение безопасности удаления целевых экзонов при этих заболеваниях, чтобы убедиться, что мы не создадим новый белок, который будет токсичным или не будет выполнять ключевую функцию. Также необходимо провести более длительные исследования на животных и посмотреть, прогрессирует ли болезнь с течением времени».

Ранее ученые встали на защиту инструмента для редактирования генов CRISPR.

24.12.2024