Наночастицы из ДНК доставляют CRISPR-Cas9 в клетки
Исследователи из Университета штата Северная Каролина и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл впервые создали и использовали наноразмерный носитель из ДНК для доставки инструмента генного редактирования CRISPR-Cas9 в клетки как в культуре, так и в животной модели.
Система CRISPR-Cas, обнаруженная у бактерий и архей, защищает их от захватчиков, например вирусов. Она создает короткие цепи РНК — CRISPR РНК, которые соответствуют специфичным для захватчика последовательностям ДНК. Когда CRISPR РНК находят совпадение, они активируют белки Cas9, разрезающие ДНК. В последние годы система CRISPR-Cas привлекает большое внимание как потенциальный инструмент для редактирования генов.
Однако для работы Cas9 должен сначала попасть в клетку. Данное исследование было сосредоточено на демонстрации потенциала нового носителя для прямой доставки всего комплекса CRISPR-Cas9 в клетку.
«Обычно исследователи доставляют в клетку ДНК, чтобы та сама производила CRISPR РНК и Cas9, но это ограничивает контроль над дозировкой, — говорит соавтор работы Чейз Байзел. — Доставляя непосредственно белок Cas9, мы можем гарантировать, что клетка получит активную редактирующую систему, и снизить проблемы с нецелевым редактированием».
Носитель, названный наноклубком (nanoclew), напоминает клубок ниток и состоит из одной туго скрученной нити ДНК. ДНК сконструирована так, чтобы частично комплементировать соответствующую CRISPR РНК, что позволяет комплексу CRISPR-Cas9 (CRISPR РНК, связанная с белком Cas9) слабо присоединиться к наноклубку. На один наноклубок можно прикрепить несколько комплексов CRISPR-Cas.
Когда наноклубок контактирует с клеткой, она поглощает его целиком, заключая в защитную оболочку — эндосому. Однако наноклубки покрыты положительно заряженным полимером, который разрушает эндосому, высвобождая наноклубок внутри клетки. Затем комплексы CRISPR-Cas9 могут отделиться от наноклубка и направиться к ядру. Попав в ядро, они начинают редактирование генов.
Для тестирования системы доставки исследователи обработали культуры раковых клеток и опухоли у мышей. Клетки рака были модифицированы для экспрессии флуоресцентного белка (они светились). CRISPR РНК на наноклубках были нацелены на ДНК в раковой клетке, ответственную за выработку этого белка. Прекращение свечения означало бы успешную работу наноклубков.
«И они сработали. Более трети раковых клеток перестали экспрессировать флуоресцентный белок», — сообщает Чейз Байзел.
«Это исследование — доказательство концепции, необходима дополнительная работа, но результаты очень многообещающие», — заключает Чжэнь Гу.