Новый метод CRISPR эффективно корректирует дефект ДМД в сердечной ткани

Ученые разработали технику редактирования генов CRISPR, которая потенциально может исправить большинство из 3000 мутаций, вызывающих мышечную дистрофию Дюшенна (ДМД). Метод основан на выполнении единичного разреза в стратегических точках вдоль ДНК пациента, как показало исследование Медицинского центра UT Southwestern.

Метод, успешно протестированный на клетках сердечной мышцы пациентов, предлагает эффективную альтернативу сложной задаче разработки индивидуального молекулярного лечения для каждой мутации гена, вызывающей ДМД. Он также открывает новые возможные подходы к лечению других заболеваний, которые до сих пор требовали более инвазивных методов коррекции моногенных мутаций.

Новая стратегия повышает точность хирургического редактирования генома человека, исправляя ошибки в последовательности ДНК, вызывающие такие разрушительные заболевания, как ДМД. Это смертельное состояние вызвано дефектами в гене дистрофина, белка, который в норме помогает укреплять мышечные волокна.

"Это значительный шаг", — сказал доктор Эрик Олсон. "Мы надеемся, что эта методика в конечном итоге облегчит боль и страдания, а возможно, даже спасет жизни пациентов с ДМД, у которых широкий спектр мутаций и, к сожалению, не было других вариантов лечения для устранения первопричины болезни".

Исследование, опубликованное на обложке журнала Science Advances, основано на предыдущих работах доктора Олсона, в которых CRISPR-Cas9 исправлял единичную мутацию гена, вызывающую ДМД у мышей. Новое исследование демонстрирует, как широкий спектр мутаций можно исправить в человеческих клетках, устраняя аномальные сайты сплайсинга в геномной ДНК.

Эти сайты сплайсинга дают указания генетическому аппарату строить аномальные молекулы дистрофина, но после успешного редактирования ген экспрессирует значительно улучшенный белок дистрофин, что усиливает функцию мышечной ткани.

"Фактически мы обнаружили, что коррекция менее чем половины кардиомиоцитов (клеток сердечной мышцы) была достаточной для восстановления сердечной функции почти до нормального уровня в инженерной человеческой сердечной ткани", — сказал доктор Чэнцзу Лонг, ведущий автор исследования.

Смертельные дефекты

ДМД — редкое заболевание, поражающее в основном мальчиков и вызванное дефектами в гене, кодирующем белок дистрофин. Эти дефекты — которые могут затрагивать любой из 79 экзонов, составляющих ген — приводят к дегенерации скелетных и сердечных мышц. Большинство пациентов умирают к 30 годам. Лекарства не разработано.

Заболевание входит в число многих состояний, которые ученые надеются лечить с помощью недавно разработанного инструмента редактирования генов CRISPR-Cas9, где цепь РНК направляет фермент Cas9 для разреза определенного участка ДНК.

Прецизионное редактирование

Лаборатория доктора Олсона потратила значительное время на разработку и тестирование различных направляющих РНК, которые могли бы точно привести фермент Cas9 к 12 целевым сайтам сплайсинга и избежать ошибочных правок. Эти сайты были выбраны, потому что они расположены в "горячих точках" гена дистрофина, где происходит до 60% вызывающих болезнь мутаций.

"Это новая концепция", — сказала доктор Ронда Басель-Дьюби, соавтор исследования. "Мы не только нашли практический способ лечения многих мутаций, но и разработали менее разрушительный метод, который пропускает дефектную ДНК, а не удаляет ее. Геном высоко структурирован, и вы не хотите удалять ДНК, которая потенциально может быть важна".

Стратегия редактирования с помощью единичного разреза может быть полезна для лечения других моногенных заболеваний, сказал доктор Олсон. Однако задействованные гены должны сохранять способность функционировать, даже если определенные экзоны удалены из "рецепта" белка.

"Дистрофин похож на большой амортизатор; удаление нескольких витков пружины допустимо. С другими белками может быть не так просто", — сказал доктор Олсон.

'Настоящая надежда'

Лаборатория доктора Олсона продолжит тестирование метода, чтобы убедиться в отсутствии побочных эффектов, а также будет искать способы повысить точность направляющих РНК. Тем временем эта работа привела к созданию новой биотехнологической компании Exonics Therapeutics Inc., которая работает над дальнейшей оптимизацией и расширением подхода на дополнительные мутации ДМД, а также другие нервно-мышечные заболевания.

"Это большой прогресс", — сказала доктор Басель-Дьюби. "Было предложено много различных методов терапии, но этот дает реальную надежду на продление и улучшение качества жизни пациентов".

Некоторые из этих пациентов уже воочию увидели, как редактирование генов может исправить дефекты в их клетках. Доктор Джей Шнайдер, соавтор исследования, вспоминает первого пациента с ДМД, который несколько лет назад пожертвовал клетки для исследования.

Пациент, уже прикованный к инвалидной коляске, посетил лабораторию и с изумлением наблюдал, как его собственные мышечные клетки сокращаются в чашке Петри после корректирующего редактирования.

"Это был невероятно вдохновляющий момент не только для этого потрясенного пациента, но и для всей клинической и научной команды", — сказал доктор Шнайдер. "Перевод медицинских проблем, таких как ДМД, от пациента к лабораторному столу, а затем обратно к пациенту — это наше видение, и эти новые технологии редактирования генов делают это видение реальностью".