Недавно терапия CRISPR-Cas9 получила одобрение для лечения серповидноклеточной анемии путем выключения определенных генов. Однако остается одно ограничение: в настоящее время невозможно вводить гены в геном человека для замены дефектных или опасных.
Эта проблема может сохраниться и для других генетических заболеваний, при которых простого блокирования или редактирования гена с помощью CRISPR может быть недостаточно для устранения последствий основной генетической мутации. Исследователи считают, что для полного решения проблемы необходимо добавить в ДНК корректирующий ген. Именно в этом случае на помощь приходит новый метод, известный как Precise RNA-mediated INsertion of Transgenes (PRINT).
В то время как технология CRISPR-Cas стала переломным моментом в редактировании генов, PRINT дополняет ее возможности, фокусируясь на вставке генов в геном. Исследователи Калифорнийского университета в Беркли нашли способ использовать птичий ретротранспозон - тип нежелательной ДНК.
Ретротранспозоны - это разновидность транспозируемых элементов - последовательностей ДНК, способных перемещаться или прыгать внутри генома. Эти элементы играют определенную роль в эволюции организмов, способствуя генетическому разнообразию. Ретротранспозон использует обратную транскрипцию. В ходе этой процедуры элемент ДНК сначала преобразуется в РНК. Затем РНК подвергается обратной транскрипции или репликации, в ДНК в геноме.
Согласно пресс-релизу, это эгоистичный цикл, который засоряет геном ретротранспозонной ДНК. Около 40% человеческого генома состоит из этой эгоистичной новой ДНК, хотя большинство генов являются неработающими, так называемой нежелательной ДНК. По словам ученых, этот подход позволяет вставлять новые гены в безопасную область генома. Важно, что эта безопасная вставка специально разработана для того, чтобы предотвратить нарушение работы ключевых генов или спровоцировать рак.
PRINT дополнит признанную способность технологии CRISPR-Cas отключать гены, вносить точечные мутации и вставлять короткие сегменты ДНК, отмечают авторы. Технология PRINT, созданная профессором Кэтлин Коллинз и ее коллегами, предполагает введение свежей ДНК в клетку с помощью техники доставки. Подход требует использования двух важнейших компонентов РНК.
Первая РНК кодирует белок R2, ключевой игрок в функциональности ретротранспозона. Этот белок содержит никазу - фермент, который присоединяется к двухцепочечной ДНК и расщепляет ее. Кроме того, он осуществляет обратную транскриптазу, которая отвечает за создание ДНК-копии РНК. Вторая РНК служит шаблоном для вставки трансгенной ДНК, которая включает элементы управления экспрессией генов. Вместе эти компоненты образуют трансгенную кассету, которую белок R2 ловко вставляет в геном.
«Подход на основе CRISPR-Cas9 может исправить мутантный нуклеотид или вставить небольшой участок ДНК - исправление последовательности. Или же можно просто вырубить функцию гена с помощью сайт-специфического мутагенеза», сказала биофизик и профессор Калифорнийского университета в Беркли Кэтлин Коллинз.
По словам исследователей, ученые не вырубают функцию гена и не исправляют эндогенную генную мутацию. Ученые используют дополнительный подход, который заключается во введении в геном автономно экспрессируемого гена, производящего активный белок. Это дополнение трансгенами, а не отмена мутации для лечения заболеваний с утратой функции, возникающих из-за множества отдельных мутаций одного и того же гена.
В отличие от предыдущих подходов с использованием вирусных векторов человека, когда гены вставляются случайным образом, что чревато нарушением жизненно важных процессов и возможными рисками развития рака, методика PRINT обеспечивает более точную и регулируемую вставку. Эта методика открывает огромные перспективы для разработки более безопасных и целенаправленных генных терапий.