Первые трансгенные мыши с однонуклеотидным редактированием CRISPR

Такие заболевания, как муковисцидоз, серповидноклеточная анемия, болезнь Хантингтона и фенилкетонурия, вызваны мутацией одного нуклеотида — строительного блока ДНК. Человеческая ДНК состоит примерно из 3 миллиардов нуклеотидов четырех типов: аденина (A), цитозина (C), гуанина (G) и тимина (T). В некоторых случаях разница всего в один нуклеотид может иметь серьезные последствия. Ученые надеются вылечить эти болезни, заменив неправильный нуклеотид на правильный. Однако с текущим инструментом редактирования генов CRISPR-Cas9 технически сложно заменить один нуклеотид. Ученые из Центра геномной инженерии Института фундаментальных наук (IBS) использовали модификацию популярной техники CRISPR-Cas9 для создания мышей с однонуклеотидным отличием. Их результаты опубликованы в Nature Biotechnology.

Стандартная техника CRISPR-Cas9 работает, разрезая обе цепи ДНК вокруг дефектного нуклеотида и вырезая небольшой участок ДНК. Вместо этого биологи IBS использовали вариант белка Cas9 (никаза Cas9, nCas9), сшитый с белком цитидиндезаминазой, так называемым "редактором оснований" (Base Editor), который способен заменить один нуклеотид на другой. Таким образом, происходит не делеция ДНК, а лишь замена одного нуклеотида. Такие дезаминазы были разработаны и протестированы на культурах клеток группой Дэвида Лиу в Гарварде и Кейдзи Нисиды с коллегами в Университете Кобе в 2016 году. Команда IBS продвинула технику дальше, применив ее к эмбрионам мышей.

Ученые протестировали слияние CRISPR-nCas9-цитидиндезаминазы на мышах, изменив один нуклеотид в гене дистрофина (Dmd) или в гене тирозиназы (Tyr). Они добились успеха в обоих случаях: эмбрионы с однонуклеотидной мутацией в гене Dmd привели к рождению мышей, не производящих белок дистрофин в мышцах, а мыши с мутацией Tyr проявляли альбинизм. Действительно, дистрофин связан с мышечной дистрофией, а тирозиназа контролирует выработку меланина.

Более того, эти однонуклеотидные замены происходили только в целевой позиции. Это важно, поскольку означает, что заменяется только нужный нуклеотид. "Мы впервые показали, что программируемые дезаминазы эффективно вызывают замены оснований в эмбрионах животных, производя мутантных мышей с фенотипами заболеваний. Это эксперимент, доказывающий принцип. Следующая цель — исправить генетический дефект у животных. В конечном счете, эта техника может позволить проводить коррекцию генов в человеческих эмбрионах", — заявил КИМ Джин-Су, директор Центра и ведущий автор исследования.