Ученые из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее разработали новую версию знаменитой технологии CRISPR, которая может сделать генную терапию значительно безопаснее. Это открытие также ставит точку в многолетних научных спорах о том, как именно «выключаются» гены. Исследование убедительно доказывает, что небольшие химические маркеры, присоединяющиеся к ДНК, активно подавляют работу генов, а не являются просто безвредными побочными продуктами на неактивных участках генома.
Долгие годы исследователи задавались вопросом: метильные группы – крошечные химические соединения, которые накапливаются на ДНК, – являются причиной «выключения» генов или просто появляются там, где гены уже неактивны? В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые показали, что удаление этих химических меток заставляет гены снова становиться активными. Когда же метки возвращали на место, гены вновь замолкали. Эти результаты подтверждают, что метилирование ДНК напрямую управляет генной активностью. «Мы предельно ясно показали, что если смахнуть эту паутину, ген включается, – говорит ведущий автор исследования, профессор Мерлин Кроссли. – А когда мы добавили метильные группы обратно, он снова выключился. Так что эти соединения – не паутина, а якоря».
Технология CRISPR, основанная на природном защитном механизме бактерий, произвела революцию в генетике, позволив ученым находить и изменять конкретные участки ДНК. Ранние версии инструментов CRISPR работали, разрезая ДНК, чтобы отключить дефектные гены. Более поздние позволяли исправлять отдельные «буквы» в генетическом коде. Однако оба подхода основаны на разрыве нитей ДНК, что может приводить к непреднамеренным изменениям и повышать риск серьезных побочных эффектов, включая рак.
Новейшая версия, известная как эпигенетическое редактирование, использует принципиально иной подход. Вместо того чтобы резать ДНК, она нацелена на химические маркеры, прикрепленные к генам. Удаляя метильные группы с «заглушенных» генов, исследователи могут восстановить их активность, не изменяя саму последовательность ДНК. Команда ученых считает, что этот метод может привести к созданию более безопасных методов лечения, например, серповидноклеточной анемии – наследственного заболевания, которое изменяет форму и функцию эритроцитов, вызывая сильные боли и повреждение органов.
«Всякий раз, когда вы разрезаете ДНК, существует риск развития рака. А если вы проводите генную терапию для лечения пожизненного заболевания, это очень серьезный риск, – отмечает профессор Кроссли. – Но если мы сможем проводить терапию без разрезания нитей ДНК, мы избежим этих потенциальных опасностей». Новая техника использует модифицированную систему CRISPR для доставки ферментов, которые снимают метильные группы, освобождая генетические «тормоза». Одной из ключевых целей является ген фетального глобина, который помогает доставлять кислород до рождения. Его повторная активация у взрослых может компенсировать дефекты гена взрослого глобина, вызывающие болезнь.
На данный момент все эксперименты проводились в лабораторных условиях на человеческих клетках. Однако, по словам соавтора исследования, профессора Кейт Куинлан, выводы могут иметь далеко идущие последствия. Многие генетические заболевания связаны с неправильным включением или выключением генов, и изменение метильных групп может стать способом исправить эти проблемы, не повреждая ДНК. В будущем терапия могла бы выглядеть так: врачи забирают у пациента стволовые клетки крови, в лаборатории с помощью эпигенетического редактирования активируют ген фетального глобина, а затем возвращают отредактированные клетки пациенту.
В дальнейшем исследовательские группы планируют проверить этот подход на животных моделях и продолжить изучение других инструментов на основе CRISPR. «Возможно, самое важное – это то, что теперь можно доставлять молекулы к отдельным генам, – заключает профессор Кроссли. – В данном случае мы удаляли или добавляли метильные группы, но это только начало. Существуют и другие изменения, которые можно было бы внести, чтобы расширить наши возможности по изменению работы генов в терапевтических и сельскохозяйственных целях. Это самое начало новой эры».
