CRISPR-Cas9 наиболее известен как лабораторный инструмент для манипуляций с ДНК, но его естественная функция — часть иммунной системы. В частности, он позволяет бактериям использовать молекулы РНК и белки, связанные с CRISPR (Cas), для нацеливания и разрушения ДНК вторгающихся вирусов. После его открытия ученые поспешили разработать целый арсенал новых CRISPR-систем для генной терапии и геномной инженерии.
Недавно исследователи из Университета Дьюка и Массачусетского технологического института сделали следующий шаг, разработав варианты CRISPR, способные воздействовать на более широкий спектр генетических последовательностей. Эта разработка обещает значительно расширить горизонты лечения генетических заболеваний, таких как синдром Ретта и болезнь Хантингтона, генной терапии в широком смысле слова и персонализированной медицины. Подробности опубликованы в журнале .
Расширение возможностей CRISPR
Инженеры из Университета Дьюка и Массачусетского технологического института под руководством Пранама Чаттерджи сделали важнейший шаг в развитии технологии CRISPR. Теперь их прорыв обещает стать мишенью для подавляющего большинства геномов человека. Ранее системы CRISPR были ограничены модификацией только 12,5 % генов из-за специфических ограничений, связанных с распознаванием последовательностей ДНК.
Действительно, авторы объясняют в пресс-релизе, что для внесения модификаций в геном белка Cas используют как молекулу РНК, которая направляет фермент к целевой последовательности ДНК, так и PAM (короткую последовательность ДНК, которая следует сразу за целевую последовательность ДНК и необходима для связывания белка Cas).
Как только направляющая РНК находит комплементарную ей последовательность ДНК, а фермент Cas связывается с соседним PAM, фермент, подобно ножницам, разрезает ДНК, вызывая нужные изменения в геноме. Наиболее распространенной системой CRISPR-Cas является Cas9 из бактерии Streptococcus pyogenes (SpCas9), которая требует последовательности PAM из двух последовательных оснований гуанина (GG).
В своем предыдущем исследовании Чаттерджи и его команда использовали инструменты биоинформатики для выявления и разработки новых вариантов белка Cas9, в том числе Sc++, которому для осуществления разреза требуется только один гуанин в последовательности PAM. Это новшество позволило увеличить возможности редактирования примерно до 50 % последовательностей ДНК.
Тем временем команда из Гарварда под руководством Бенджамина Кляйнстивера, доцента Гарвардской медицинской школы, разработала другой вариант, названный SpRY. SpRY способен связываться с каждым из четырех оснований ДНК, входящих в состав PAM, отдавая предпочтение аденину и гуанину.
Столкнувшись с ограничениями этих двух систем, исследователи из Дьюка и Массачусетского технологического института объединили свои силы, чтобы создать новый вариант, названный SpRYc. Чаттерджи отметил в пресс-релизе, что SpRYc позволяет нацеливаться практически на весь геном с большей точностью.
Хотя SpRYc медленнее, чем его предшественники, разрезает целевые последовательности ДНК, в испытаниях он показал себя лучше традиционных ферментов в модификации конкретных участков ДНК. Несмотря на широкую сферу применения, SpRYc также продемонстрировал более высокую точность, чем SpRY.
На пути к новым генным терапиям
Инновация SpRYc представляет собой значительный прогресс в применении технологии CRISPR. Благодаря способности воздействовать на участки генома человека, ранее недоступные для редактирования генома, SpRYc открывает многообещающие терапевтические перспективы для таких сложных и трудноизлечимых заболеваний, как синдром Ретта и болезнь Хантингтона. Эти заболевания, характеризующиеся специфическими генетическими мутациями, могут получить индивидуальное лечение благодаря целенаправленному применению SpRYc. Такой подход может не только исправить мутации, вызывающие эти заболевания, но и потенциально обратить вспять некоторые из их разрушительных последствий, давая новую надежду пациентам и их семьям.
Помимо непосредственного применения, расширение возможностей CRISPR открывает путь к революции в области геномной медицины. Исследователи и врачи могут рассчитывать на лечение гораздо более широкого спектра генетических заболеваний, включая те, которые до сих пор считались неизлечимыми.
Этот прогресс также может стимулировать исследования в таких областях, как биология старения, устойчивость к заболеваниям и регенерация тканей. Кроме того, повышение точности и гибкости редактирования генома открывает возможности для более безопасных и эффективных вмешательств, снижая риск нежелательных генетических модификаций. В долгосрочной перспективе эти достижения могут привести к улучшению понимания и лечения сложных генетических заболеваний.