Новая система редактирования генов борется со сложными заболеваниями

Важные новости

Новый система редактирования генов борется со сложными заболеваниями

Схематический обзор мультиплексного редактирования ортогональных оснований. Источник: Природная биотехнология (2024 г.). DOI: 10.1038/s41587-024-02240-0

Геном человека состоит примерно из 3 миллиардов пар оснований, и все люди на 99,6% идентичны по своему генетическому составу. Эти небольшие 0,4% составляют любую разницу между одним человеком и другим. Конкретные комбинации мутаций в этих парах оснований дают важные подсказки о причинах сложных проблем со здоровьем, включая болезни сердца и нейродегенеративные заболевания, такие как шизофрения.

Существующие методы моделирования или коррекции мутаций в живых клетках неэффективны, особенно при мультиплексировании – одновременной установке нескольких точечных мутаций по всему геному. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новые эффективные инструменты редактирования генома, называемые мультиплексными редакторами ортогональных оснований (MOBE), позволяющие одновременно устанавливать несколько точечных мутаций.

Их работу возглавляет доцент кафедры химии и биохимии. Лаборатория Алексиса Комора появляется в Природной биотехнологии.

Команда Комора особенно интересовалась сравнением геномов, которые различаются всего лишь одной буквой в ДНК. Эти буквы — C (цитозин), T (тимин), G (гуанин), A (аденозин) — известны как основания. Если у одного человека есть база C, у другого может быть база T. Это однонуклеотидные варианты (SNV) или единичные точечные мутации. У человека может быть 4–5 миллионов вариантов. Некоторые варианты безвредны; некоторые вредны; и часто именно сочетание вариантов приводит к заболеванию.

Одной из проблем использования генома при моделировании заболеваний является огромное количество возможных вариаций. Если бы ученые пытались определить, какие генетические мутации ответственны за болезни сердца, они могли бы расшифровать геномы когорты, в которой все страдали сердечно-сосудистыми заболеваниями, но из-за количества вариаций между любыми двумя людьми очень сложно определить, какая комбинация вариаций вызывает болезнь сердца. болезнь.

«Существует проблема с интерпретацией генетических вариантов. Фактически, большинство выявленных вариантов не классифицируются клинически, поэтому мы даже не знаем, являются ли они патогенными или доброкачественными», — заявил Куинн Т. Коуэн, недавний доктор философии. выпускник факультета химии и биохимии университета и первый автор статьи.

«Наша цель состояла в том, чтобы создать инструмент, который можно было бы использовать при моделировании заболеваний, установив несколько вариантов в контролируемых лабораторных условиях, где их можно было бы изучать дальше».

Эволюция редактирования генов

< р>Чтобы понять, почему были созданы MOBE, мы должны понять ограничения традиционного инструмента редактирования генов CRISPR-Cas9. CRISPR-Cas9 использует направляющую РНК, которая действует как сигнал GPS и направляется прямо к месту генома, которое вы хотите отредактировать. Cas9 — это ДНК-связывающий фермент, который разрезает обе цепи ДНК, вызывая полный разрыв.

Хотя двухцепочечные разрывы относительно просты, они могут быть токсичными для клеток. Этот вид редактирования генов также может привести к инделям – случайным вставкам и делециям – когда клетка не может полностью восстановить себя. Редактирование нескольких генов в CRISPR-Cas9 многократно увеличивает риски.

Вместо CRISPR лаборатория Комора использует разработанную ею технику редактирования оснований, которая вносит химические изменения в ДНК, хотя одновременно можно произвести только один тип редактирования (например, C в T или A в G). Таким образом, вместо ножниц, которые вырезают весь раздел сразу, базовое редактирование стирает и заменяет одну букву за раз. Это медленнее, но эффективнее и менее вредно для клеток.

Одновременное применение двух или более базовых редакторов (замена C на T в одном месте и с A на G в другом месте генома) позволяет лучше моделировать полигенные заболевания, возникающие из-за более чем одного генетического варианта. Однако не существовало технологии, которая могла бы сделать это эффективно без «перекрестных помех» направляющих РНК, которые происходят, когда редакторы баз вносят нежелательные изменения.

MOBE Коуэна используют структуры РНК, называемые аптамерами — небольшие петли РНК, которые связываются с специфические белки – для привлечения ферментов, модифицирующих основания, в определенные места генома, что позволяет одновременно редактировать несколько сайтов с высокой эффективностью и меньшим количеством перекрестных помех.

Эта система является новой, и впервые кто-то использовал аптамеры для рекрутирования ABE (редакторов оснований аденозина) в сочетании с CBE (редакторов оснований цитозина) по ортогональной схеме для создания MOBE.

Различия резкие: когда CBE и ABE используются вместе без использования MOBE, перекрестные помехи возникают в 30% случаев. При использовании MOBE перекрестные помехи составляют менее 5 %, при этом эффективность преобразования желаемых базовых изменений достигает 30 %.

Исследование стало доказательством принципиальности проверки возможности системы MOBE, на которую был выдан предварительный патент. Чтобы проверить их еще больше, команда провела несколько тематических исследований с реальными заболеваниями, включая синдром Каллмана, редкое гормональное расстройство. Их эксперименты показали, что системы MOBE можно использовать для эффективного редактирования соответствующих клеточных линий некоторых полигенных заболеваний.

«Мы находимся в процессе размещения плазмид на AddGene, чтобы каждый мог свободно получить к ним доступ. Мы надеемся заключается в том, что другие исследователи будут использовать MOBE для моделирования генетических заболеваний, изучат, как они проявляются, а затем, надеюсь, создадут эффективные методы лечения», — заявил Коуэн.

В полный список авторов входят Куинн Т. Коуэн, Сифэн Гу, Ванджун. Гу, Броди Л. Ранзау, Татум С. Симонсон и Алексис К. Комор (все из Калифорнийского университета в Сан-Диего).

Дополнительная информация: Куинн Т. Коуэн и др., Разработка систем мультиплексного редактора ортогональных оснований (MOBE), Природная биотехнология (2024). DOI: 10.1038/s41587-024-02240-0

Информация журнала: Природная биотехнология Предоставлено Калифорнийским университетом в Сан-Диего

Новости сегодня

Последние новости