Прайм-редактирование обеспечивает точность и масштабность редактирования генома

По мере того как прайм-редактирование становится более безопасным и эффективным, оно открывает многообещающие терапевтические возможности для лечения генетических заболеваний.

CRISPR, без сомнения, произвел революцию в генной инженерии. Однако его первоначальная версия могла вносить нежелательные и потенциально опасные изменения в геном, вызывая разрывы двухцепочечной ДНК. Более поздние версии этого инструмента, редактирование оснований и прайм-редактирование, смогли преодолеть это ограничение. Биохимик Дэвид Лю из Гарвардского университета недавно получил премию Breakthrough Prize 2025 за разработку этих технологий. В то время как базовое редактирование полезно для точечных мутаций, прайм-редактирование предлагает более широкий спектр применений, таких как вставка и удаление нескольких нуклеотидов.

Как и редактирование оснований, прайм-редактирование предлагает более безопасный способ редактирования генома, полагаясь на фермент никказу, который «разрезает» одну нить ДНК за раз, а не обе одновременно. Затем, с добавлением обратной транскриптазы и специальной направляющей РНК, называемой прайм-редактирующей направляющей РНК (pegRNA), этот инструмент может выполнять редактирование, выходящее за рамки изменений одного основания — что-то вроде CRISPR 3.0. Однако редакторы первого поколения не могли исправлять последовательности длиной более десяти пар оснований. Поэтому Лю и его коллега Эндрю Анзалоне разработали еще одну версию этой технологии, называемую «твин-прайм-редактированием», которая использует две pegRNA вместо одной и может редактировать последовательности длиной до 100 пар оснований. Исследователи надеются, что следующие поколения этого метода смогут редактировать еще более длинные последовательности и бороться с заболеваниями, возникающими из-за повторения патогенных последовательностей, такими как болезнь Хантингтона.

Редактирование оснований и прайм-редактирование более безопасно, чем исходная версия CRISPR, поскольку не вызывает ошибочных разрывов двухцепочечной ДНК. Однако ни одна технология не является идеальной. Недавно исследователь в области генной терапии Луиджи Налдини и его коллеги показали, что редактирование оснований и прайм-редактирование все же иногда приводит к разрывам двухцепочечной ДНК и, как следствие, к нежелательным мутациям, хотя их частота значительно ниже, чем у их предшественников.

По мере того как все больше методов CRISPR-терапии появляются в клинической практике, ученые призывают к более тщательному изучению их рисков. Прайм-редактирование обеспечивает беспрецедентную точность, но это достигается за счет более сложной доставки в клетки. Инженерные вирусоподобные частицы (eVLP) могут помочь исследователям преодолеть это техническое ограничение. Недавно группа Лю использовала прайм-редакторы, доставленные с помощью eVLP, для коррекции потери зрения в мышиной модели генетически унаследованной дегенерации сетчатки. В предыдущей версии этой системы доставленные первичные редакторы имели низкую эффективность редактирования, которую новый метод смог повысить примерно в 65 раз.

Динамика экспрессии генов дает представление о жизни клеток. Однако существующие технологии позволяют изучать регуляцию генов только в определенный момент времени. Недавно Джей Шендур, генетик из Вашингтонского университета, и его коллеги разработали метод регистрации истории регуляции генов с помощью цис-регуляторных элементов (CRE), участков ДНК-последовательности, которые регулируют транскрипцию генов. Перед тем как ген включается, транскрипционные факторы связываются с CRE, чтобы начать транскрипцию. Метод Шендура основан на индивидуальных штрих-кодах CRE, которые доставляют pegRNA в определенные места генома, позволяя исследователям отслеживать, как несколько CRE регулируют экспрессию генов с течением времени.

Альтернативная гемиплегия детского возраста (AHC) — чрезвычайно редкое и тяжелое нарушение нервно-психического развития. Оно проявляется в виде повторяющихся приступов паралича одной стороны тела (гемиплегии), непроизвольных мышечных сокращений и судорог. В настоящее время это заболевание не поддается лечению, в результате чего пациенты страдают от потери мышечной массы, задержки развития и когнитивных нарушений. Недавно исследователь редких заболеваний Кэтлин Лутц из Jackson Laboratory, Лю и их коллеги использовали метод прайм-редактирования для коррекции пяти различных мутаций в гене ATP1A3 как в стволовых клетках пациентов, так и в мышиной модели заболевания. ATP1A3 кодирует трансмембранный ионный насос и мутации в этом гене составляют до 70% случаев AHC. Хотя необходимы дополнительные исследования, эти результаты дают надежду пациентам с этим неизлечимым заболеванием и их семьям.