Исследование нового и точного метода редактирования митохондриальных генов

Технология редактирования генов может революционизировать лечение генетических заболеваний, включая те, что поражают митохондрии — клеточные структуры, генерирующие энергию. Аномалии в митохондриальной ДНК (мтДНК) могут приводить к митохондриальным генетическим болезням.

Целевое редактирование оснований мтДНК млекопитающих — мощная технология для моделирования таких болезней и разработки терапий. Программируемые деаминазы, состоящие из кастомного ДНК-связывающего белка и деаминазы нуклеотидного основания, позволяют проводить точное редактирование мтДНК.

Существует два типа таких деаминаз для редактирования генома: редакторы цитозиновых оснований и редакторы адениновых оснований, например, DddA-derived cytosine base editors (DdCBEs) и transcription activator-like effector (TALE)-linked deaminases (TALEDs).

Они связываются с определёнными сайтами ДНК в митохондриальном геноме и конвертируют основания, что приводит к целевым преобразованиям цитозин-в-тимин (C-to-T) или аденин-в-гуанин (A-to-G) во время репликации или репарации ДНК. Однако текущие подходы имеют ограничения, включая тысячи нецелевых A-to-G редактирований при использовании TALEDs.

Исследователи из Корейского университета сконструировали TALEDs для повышения точности A-to-G редактирования. В этом прорывном исследовании под руководством доцента Хюнджи Ли учёным впервые в мире удалось создать животную модель с A-to-G редактированием мтДНК с помощью сконструированных TALEDs. Исследование опубликовано в Cell.

Чтобы преодолеть проблему непреднамеренного редактирования РНК, исследователи модифицировали сайт связывания субстрата в TadA8e — дезокси-аденин-деаминазной области TALEDs — и разработали варианты TALEDs с точно настроенной деаминазной активностью.

«Чтобы решить ограничения традиционно используемых TALEDs, мы создали и оценили 209 вариантов TALEDs. Каждый вариант заменял один из 11 аминокислотных остатков около субстрат-связывающего кармана в целевом белке на один из других 19 остатков», — говорит доц. Ли.

Результаты показали, что сконструированные TALEDs значительно снизили нецелевое редактирование РНК более чем на 99%. Они также минимизировали нецелевые мутации в мтДНК и побочные редактирования (непреднамеренные изменения рядом с целевым сайтом). В отличие от оригинальных TALEDs, эти варианты не проявляли токсичности и не приводили к остановке развития эмбрионов мыши.

В результате исследователи получили мышей с патогенными мутациями мтДНК, связанными с синдромом Ли — митохондриальным генетическим заболеванием. У мышей наблюдалось снижение частоты сердечных сокращений, что является ожидаемым исходом болезни.

Возможность редактировать мтДНК с повышенной точностью открывает пути для изучения и лечения других митохондриальных расстройств. Исследование соответствует тренду персонализированной медицины.

Поскольку первое лечение на основе технологии редактирования генов получило одобрение FDA в 2023 году, исследование проф. Ли указывает на потенциальное будущее, в котором аналогичное признание получит и технология редактирования митохондриальных генов. Учитывая, что митохондриальные болезни затрагивают примерно 1 из 5000 человек в мире, эта технология может привести к трансформационным методам лечения в ближайшие 5–10 лет.

Коррекция митохондриальных A-to-G мутаций у мышей не только демонстрирует эффективность нового метода, но и знаменует значительный шаг к разработке одобренных методов лечения.

«Конечная цель моего исследования — лечить болезни, вызванные мутациями в мтДНК, и помочь тысячам людей, страдающих от таких заболеваний», — заключает доц. Ли.

Это исследование может революционизировать подход к клиническому лечению генетических расстройств и внести вклад в разработку более безопасных и надёжных методов генетических манипуляций.