Сотрудники Института химической биологии
и фундаментальной медицины СО РАН создают модифицированные направляющие РНК,
используемые в работе инструментов геномного редактирования, в частности
CRISPR/Cas9. По словам ученых, это позволит улучшить свойства «генетических
ножниц»: сделать их более точными и менее токсичными для клеток организма.
Статья об исследовании опубликована в журнале The CRISPR Journal.
Системы редактирования генома в условиях
многоклеточного организма в последние десять лет активно используются биологами
и химиками всего мира. Процессы изучения и варианты применения подобных
технологий в науке и медицине постоянно развиваются. Некоторые ученые называют систему
CRISPR/Cas9 Святым Граалем генной инженерии. В дальнейшем этот инструмент
позволит устранять наследственные проблемы в геноме человека или животных.
«Чтобы понять масштаб работы систем
геномного редактирования, можно представить, что в клетке человеческого
организма находится приблизительно 23 000 генов. „Генетические ножницы”
проникают в нее, находят из этого огромного количества нужный ген, который
необходимо исправить, затем создают в нем двухцепочный разрыв и в идеале не
оставляют никаких следов вмешательства. Помимо работы в лабораториях, эти
инструменты также могут применяться и в диагностике – для них уже существуют
функционирующие диагностические системы, такие как SHERLOCK (Specific High
Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing). Во время пандемии SARS-CoV-2 они
вошли в практический обиход», – рассказывает заведующий лабораторией геномного
редактирования ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Григорий
Александрович Степанов.
Для медицинского использования системы геномного
редактирования имеют ряд недостатков, которые препятствуют их внедрению в
практику. Одной из слабых сторон этой технологии является недостаточная
специфичность. Когда система ищет нужную мишень в клетке, то она ошибочно может
воздействовать на другой похожий ген. Другим негативным влиянием считается
цитотоксичность – токсическое воздействие на клетку. Исследование новосибирских
ученых посвящено усовершенствованию уже существующих систем геномного
редактирования для улучшения их свойств.
Преимущества модифицированных
направляющих РНК.
Фото предоставлено исследователями.
«Проведя обзор литературы и изучив
модификации, которые используются в разных системах, мы обнаружили, что ранее
никто не применял именно природные модификации. Они классифицируются как
химические по азотистому основанию. Мы синтезируем РНК с помощью фермента Т7
РНК-полимеразы, а в качестве строительного материала для нее используются
нуклеозидтрифосфаты, такие как псевдоуридин, N6-метиладенозин и 5-метилцитидин.
Их основное преимущество в том, что таким образом модифицированные РНК
оказывают меньший токсический эффект на клетку, также они более стабильны, чем
немодифицированные аналоги, и не связываются с рядом РНК-рецепторов. Это
позволяет сделать системы геномного редактирования безопаснее для организма. В
комплексе с белком Cas9 модифицированные направляющие РНК имеют повышенную
точность, узнают нужную мишень и связываются с ней, а белок отвечает за
внесение изменений именно в тот ген, который мы изначально и выбрали для редактирования.
Они лучше определяют мутированные участки ДНК и работают с большей
специфичностью», – пояснил Григорий Степанов.
«В случае немодифицированного аналога
расщепление ДНК-субстратов происходит практически на уровне 100 %, то есть
система воздействует и на мутации, и на гены, в которых эти мутации
отсутствуют. Соответственно, когда мы вводили модификации в данные направляющей
РНК, то влияние оказывалось преимущественно на нужные мишени. Таким образом мы
и обнаружили улучшенную эффективность и точность системы геномного
редактирования», – отмечает младший научный сотрудник лаборатории геномного
редактирования ИХБФМ СО РАН Дарья Вадимовна Прохорова.
Системы геномного редактирования, в частности
CRISPR/Cas9, уже сейчас могут применяться для диагностики заболеваний, а в
будущем – и для их лечения. С помощью модифицированной направляющей РНК удастся
вырабатывать невосприимчивость к каким-либо вирусам, но на сегодняшний день
генные модификации на целом организме невозможны по многим причинам, включая и
этическую сторону науки, и сложность проведения подобных манипуляций.
«Сейчас ученые не готовы применять в
лечении болезней инструменты геномного редактирования, так как всё же
присутствует опасность того, что в организме человека они могут сработать не
так, как было задумано изначально. Но вполне реально использовать такие
технологии в будущем для лечения генетических заболеваний на стадии
эмбрионального развития. „Генетические ножницы” должны работать с ювелирной
точностью, чтобы войти в обиход медицинской практики», – говорит Григорий
Степанов.
Исследования выполняются при поддержке
Российского научного фонда (проект № 21-64-00017).
Источник: «Наука в Сибири».
Текст: Кирилл Сергеевич.