Новый метод редактирования генов в живых организмах
Международная команда исследователей, включая учёных из KAUST, разработала уникальный метод редактирования генов, который эффективно встраивает ДНК в гены делящихся и неделящихся клеток живых крыс.
Несмотря на значительные успехи в редактировании целевых генов в культивируемых клетках, редактирование генов в живых организмах оставалось труднодостижимой целью из-за неэффективности существующих инструментов. Это особенно касается неделящихся клеток, которые составляют большую часть тканей взрослого организма, включая ткани мозга, поджелудочной железы, глаз и ушей.
Современные методы редактирования генов обычно используют естественный путь репарации ДНК, называемый репарацией, направляемой гомологией (HDR), для вставки генетического материала. Однако этот путь неэффективен и малодоступен в неделящихся клетках. Другой естественный путь репарации, называемый негомологичным соединением концов (NHEJ), более эффективен у высших организмов и активен в неделящихся клетках.
Исследования показали, что NHEJ склонен к ошибкам при выключении целевых генов, но высокоточен при вставке последовательностей ДНК в ген. До сих пор NHEJ не использовался для вставки генов в неделящиеся клетки, особенно в тканях живых взрослых животных.
Команда разработала новую технику под названием таргетная интеграция, независимая от гомологии (HITI). Она использует инструмент редактирования генов CRISPR-Cas9 для разрезания ДНК в определённом месте, после чего новый генетический материал встраивается в разрезанную ДНК с помощью пути репарации NHEJ.
Эффективность нового метода оказалась выше, чем у других технологий редактирования генов. "Новая технология значительно эффективнее существующих методов", — отметил заслуженный профессор биологических наук Пьер Магистретти, декан Отдела биологических и экологических наук и инженерии KAUST.
Исследователи успешно применили HITI для редактирования генов в нервных клетках, полученных из человеческих эмбриональных стволовых клеток. "Это показало, что HITI может работать в неделящихся клетках", — пояснил доцент биологических наук KAUST Мо Ли, соавтор статьи.
Затем команда проверила эффективность метода для целевой вставки чужеродных генов в несколько типов культур ткани мыши, включая неделящиеся клетки мозга. Наконец, метод был опробован на живых грызунах с использованием нескольких способов доставки.
Наиболее значимым результатом стало применение HITI для генозаместительной терапии у крыс с наследственным заболеванием — пигментным ретинитом. Это заболевание, вызывающее слепоту у людей, обусловлено мутацией в гене Mertk. Целью команды было восстановить функцию Mertk, вставив копию отсутствующего сегмента ДНК в ген. Тесты показали частичное восстановление зрения.
"Впервые у нас есть метод для редактирования генома неделящихся клеток в организме. Это может означать революционно новые методы терапии заболеваний глаз, мозга и сердца", — сказал Мо Ли.