Новый подход генной инженерии позволяет высокой точностью прицельно встраивать фрагменты ДНК в хромосомы неделящихся клеток.

До сих пор методы генной инженерии, такие как система CRISPR-Cas9, основанные на использовании собственных механизмов копирования ДНК клетки, были наиболее эффективны в отношении делящихся клеток, таких как клетки кожи и кишечника.

Однако исследователям из Института Солка, работающим под руководством профессора Хуана Карлоса Исписуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte), при участии коллег из Японии, Китая, Испании и Саудовской Аравии удалось изменить ситуацию и воплотить в реальность заветную мечту специалистов в области генной инженерии. Они разработали подход, не только в 10 раз повышающий эффективность встраивания фрагментов ДНК в хромосомы делящихся клеток, но и позволяющий с высокой точностью корректировать геном неделящихся клеток, из которых преимущественно состоят многие органы взрослого организма. Эта технология, с помощью которой авторам удалось частично восстановить зрение слепых грызунов, открывает новые перспективы как для фундаментальных исследований, так и для разработки новых терапевтических подходов, в том числе к лечению заболеваний сетчатки, сердца и нервной системы.

Секрет нового подхода заключается в комбинировании системы CRISPR-Cas9, позволяющей с очень высокой точностью вставлять фрагменты ДНК в геном, с механизмом восстановления повреждений ДНК, известным как негомологичное соединение концов (от англ. NHEJ или non-homologous end-joining). Этот механизм обеспечивает восстановление рутинных разрывов ДНК путем соединения образовавшихся при разрыве концов. Для оптимизации механизма негомологичного соединения концов и обеспечения возможности его совместного с CRISPR-Cas9 действия авторы разработали специальный коктейль нуклеиновых кислот, получивший название «независимая от гомологии прицельная интеграция» (от англ. HITI или homology-independent targeted integration).

После этого они использовали инертный вирус для доставки коктейля HITI в нейроны, полученные из человеческих эмбриональных стволовых клеток. Успех процедуры был первым свидетельством в пользу того, что новый подход может быть эффективным в отношении неделящихся клеток.

Следующим этапом работы была успешная доставка генетической конструкции в клетки головного мозга взрослых мышей. И наконец, для проверки возможности использования технологии HITI в генной терапии, исследователи протестировали ее на крысиной модели пигментного ретинита - наследственного заболевания, характеризующегося дегенерацией сетчатки и слепотой. В рамках этого эксперимента 3-месячным животным ввели функциональную копию гена Mertk, обычно поврежденного при пигментном ретините. Проведенное по достижении животными 8-месячного возраста обследование показало, что они реагировали на свет и проходили ряд тестов с результатами, свидетельствующими о частичном восстановлении функциональности клеток сетчатки.

Следующим этапом работы будет повышение эффективности доставки конструкции HITI в неделящиеся клетки. Авторы отмечают, что, как и для любых других подходов генной инженерии, в данном случае сложность также заключается во введении новой ДНК сразу в большое количество клеток. При этом преимущество технологии HITI заключается в том, что ее можно адаптировать к любой системе редактирования генома, а не только к системе CRISPR-Cas9. Поэтому по мере повышения безопасности и эффективности этих систем будет расширяться сфера перспективного применения технологии HITI.

Опубликовано: Keiichiro Suzuki et al. In vivo genome editing via CRISPR/Cas9 mediated homology-independent targeted integration // Nature, 2016; doi:10.1038/nature20565

Источник: http://www.univadis.ru/