Ученые улучшили невирусное редактирование генов и открыли новый тип ремонта ДНК

Исследователи из лаборатории биолога Криса Ричардсона в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре разработали метод, повышающий эффективность редактирования CRISPR/Cas9 без использования вирусного материала для доставки генетического шаблона. Согласно их статье в Nature Biotechnology, метод стимулирует репарацию, направляемую гомологией (homology-directed repair), примерно в три раза, "не увеличивая частоту мутаций и не изменяя результаты репарации с помощью негомологичного соединения концов".

Как работает метод

CRISPR/Cas9 использует фермент Cas9 как "молекулярные ножницы" для разрезания целевой последовательности ДНК. Этот разрез позволяет заменить удаленные гены на улучшенные, используя естественные механизмы репарации клетки. Обычно для доставки репарационного шаблона ДНК в ядро клетки используются вирусы, но такие методы "дороги, сложны в масштабировании и потенциально токсичны для клеток".

Ключевое открытие

Ученые обнаружили, что введение межцепочечных сшивок (interstrand crosslinks) в репарационный шаблон ДНК резко повышает эффективность редактирования. Такие сшивки — это повреждения, которые удерживают две цепи спирали ДНК вместе, не давая им реплицироваться.

"Каждый рабочий процесс, в который мы внедрили этот подход, стал работать примерно в три раза лучше", — заявил Ричардсон.

Неожиданный результат

Открытие было сделано случайно. Аспирантка Ханна Гасеми, работая над очисткой белков для изучения репарации ДНК, заметила неожиданно положительный эффект от химической модификации шаблонов.

"Я ожидала либо не увидеть изменений, либо увидеть негативный эффект", — сказала Гасеми. Вместо этого она обнаружила рост редактирующей активности в три раза по сравнению с контролем без сшивок. При этом увеличения частоты мутаций не произошло.

Предполагаемый механизм

Ученые считают, что клетка обнаруживает и пытается восстановить поврежденную ДНК с добавленной сшивкой. Это задерживает клетку после контрольной точки, где она обычно останавливает процесс рекомбинации. "Увеличивая время, которое клетка тратит на эту рекомбинацию, мы повышаем вероятность завершения редактирования", — пояснил Ричардсон.

Потенциальное применение

Метод найдет наибольшее применение в экс-виво (ex-vivo) редактировании генов — для исследований заболеваний и доклинической работы. "Мы можем эффективнее "выключать" гены и вставлять элементы в геномы, чтобы изучать системы вне человеческого тела в лабораторных условиях", — отметила Гасеми. Это позволит лучше создавать модели заболеваний и тестировать гипотезы, что может привести к улучшению клинических и терапевтических подходов.