Многие наследственные заболевания, включая муковисцидоз, гемофилию и болезнь Тея-Сакса, обусловлены многочисленными генетическими мутациями в ДНК человека. Даже у двух людей с одним и тем же диагнозом могут быть совершенно разные наборы мутаций. Из-за этой сложности создание генных терапий, которые эффективно работали бы для всех пациентов с определённым расстройством, оставалось чрезвычайно трудной задачей.
Ученые из Техасского университета в Остине разработали новый, более точный и эффективный подход к генному редактированию, способный корректировать сразу несколько патогенных мутаций в клетках млекопитающих. Эта технология также успешно исправила мутации, связанные со сколиозом, в эмбрионах рыб данио-рерио.
В основе нового подхода лежат ретроны — генетические элементы, изначально обнаруженные у бактерий, где они помогают им защищаться от вирусных инфекций. Впервые исследователи использовали ретроны для коррекции мутаций, связанных с болезнями, у позвоночных, что даёт свежую надежду на разработку новых генных терапий для человека.
«Большинство существующих методов генного редактирования ограничены одной или двумя мутациями, что оставляет многих людей без лечения, — отмечает Джесси Баффингтон, аспирант Техасского университета и соавтор новой статьи в журнале Nature Biotechnology. — Моя надежда и то, что движет мной, — разработать технологию генного редактирования, которая будет гораздо более инклюзивной для людей с более уникальными мутациями, вызывающими болезни. Использование ретронов позволит расширить это влияние на гораздо более широкую популяцию пациентов».
Система на основе ретронов способна заменять длинные участки дефектной ДНК здоровыми последовательностями. Это означает, что один «пакет» ретронов потенциально может исправить множество мутаций в одном и том же участке ДНК, вместо того чтобы нацеливаться на один конкретный дефект за раз. Исследование Баффингтона и профессора молекулярных наук Ильи Финкельштейна из Техасского университета поддержано компаниями Retronix Bio и Welch Foundation.
«Мы хотим демократизировать генную терапию, создавая готовые к применению инструменты, способные вылечить большую группу пациентов за один раз, — говорит Финкельштейн. — Это должно сделать разработку более финансово жизнеспособной и гораздо более простой с регуляторной точки зрения, поскольку потребуется всего одно одобрение FDA».
Хотя ретроны уже использовались в клетках млекопитающих, предыдущие попытки были крайне неэффективны, корректируя лишь около 1,5% целевых клеток. Метод команды из Техасского университета в Остине значительно улучшил эту эффективность, успешно введя здоровую ДНК примерно в 30% целевых клеток. Исследователи полагают, что смогут значительно увеличить этот показатель по мере развития технологии. Ещё одно ключевое преимущество заключается в том, что система ретронов может быть доставлена в клетки в виде РНК, заключённой в липидную наночастицу. Эти наночастицы специально разработаны для преодоления проблем с доставкой, с которыми сталкиваются многие традиционные системы генного редактирования.
В настоящее время исследовательская группа адаптирует свой подход для лечения муковисцидоза — угрожающего жизни заболевания, вызванного мутациями в гене CFTR. Эти мутации приводят к накоплению густой слизи в лёгких, что вызывает хронические инфекции и долгосрочное повреждение лёгких.
Недавно Техасский университет в Остине получил грант от некоммерческой организации Emily’s Entourage, которая занимается поиском методов лечения для примерно 10% людей с муковисцидозом, которым не помогают существующие терапии. Ученые начинают работу по замене дефектных участков гена CFTR в лабораторных моделях, имитирующих симптомы заболевания, а затем — в клетках дыхательных путей, полученных от пациентов.
«Традиционные технологии генного редактирования лучше всего работают с единичными мутациями и дороги в оптимизации, поэтому генная терапия обычно фокусируется на наиболее распространённых мутациях, — объясняет Баффингтон. — Но существует более тысячи мутаций, которые могут вызывать муковисцидоз. Для компаний финансово нецелесообразно разрабатывать генную терапию, скажем, для трёх человек. С нашим подходом на основе ретронов мы можем вырезать целый дефектный участок и заменить его здоровым, что может повлиять на гораздо большую часть популяции пациентов с муковисцидозом».
Отдельный грант от Cystic Fibrosis Foundation поддержит аналогичную работу, направленную на область гена CFTR, включающую наиболее распространённые мутации, вызывающие муковисцидоз. Помимо Джесси Баффингтона и Ильи Финкельштейна, в исследовательскую команду входят Хунг-Че Куо, Куанг Ху, Ю-Чунь Чан, Камьяб Джаванмарди, Бритни Войт, И-Ру Ли, Мэри Э. Литтл, Сраван К. Деванатхан, Блерта Ксемальче и Райан С. Грей. Их работа знаменует важный шаг к генной терапии, которая станет более адаптивной, эффективной и доступной для пациентов, сталкивающихся со сложными генетическими заболеваниями.
