Ученые придумали, как модифицировать непревзойденный инструмент редактирования генов CRISPR, чтобы расширить его охват до эпигенома, который контролирует включение и выключение генов.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и некоммерческого института биомедицинских исследований Уайтхеда при Массачусетском технологическом институте уже использовали этот инструмент в лаборатории, чтобы в основном деактивировать ген, который производит белок тау, который был замешан в болезни Альцгеймера.

Новый инструмент на основе CRISPR под названием «CRISPRoff» позволяет ученым отключать практически любой ген в клетках человека, не внося ни единого изменения в генетический код, и после выключения ген остается инертным в потомках клетки на протяжении сотен поколений. , если он не будет снова включен с помощью дополнительного инструмента под названием CRISPRon.

Поскольку эпигеном играет центральную роль во многих заболеваниях, от вирусной инфекции до рака, технология CRISPRoff может однажды привести к мощным эпигенетическим методам лечения, которые будут более безопасными, чем обычные терапевтические методы CRISPR, поскольку они не связаны с редактированием ДНК.

«Хотя генетическая и клеточная терапия – это будущее медицины, существуют потенциальные проблемы безопасности, связанные с постоянным изменением генома, поэтому мы пытаемся найти другие способы использования CRISPR для лечения болезней», – сказал Люк Гилберт, доктор философии, профессор UCSF и соавтор новой статьи, опубликованной 9 апреля. журнал Клетка.

Как это было построено

Обычный CRISPR оснащен двумя частями молекулярного оборудования, которые делают его эффективным инструментом для редактирования генов. Одним из компонентов является фермент, отсекающий ДНК, который дает CRISPR возможность изменять последовательности ДНК. Другой – это самонаводящееся устройство, которое можно запрограммировать на нулевую точку на любой интересующей последовательности ДНК, обеспечивая точный контроль над тем, где вносятся изменения.

СВЯЗАННЫЕ С: Каждый пациент, получивший лечение с помощью генной терапии CRISPR от болезней крови, продолжает развиваться больше года спустя

Чтобы создать CRISPRoff, исследователи отказались от функции обычного фермента CRISPR, отрезающего ДНК, но сохранили самонаводящееся устройство, создав упрощенный CRISPR, способный воздействовать на любой ген. Затем они подключили фермент к этому базовому CRISPR. Но вместо сплайсинга ДНК этот фермент действует на эпигеном, который состоит из белков и небольших молекул, которые прикрепляются к ДНК и контролируют, когда и где гены включаются или выключаются.

Новый инструмент нацелен на особую эпигенетическую особенность, известную как метилирование ДНК, которая является одной из многих молекулярных частей эпигенома. Когда ДНК метилирована, к ДНК прикрепляется небольшая химическая метка, известная как метильная группа, которая заглушает близлежащие гены. Хотя метилирование ДНК происходит естественным образом во всех клетках млекопитающих, CRISPRoff предлагает ученым беспрецедентный контроль над этим процессом.

Предоставлено: Дженнифер Кук-Хрисос / Институт Уайтхеда.

Другой инструмент, описанный в статье, называется CRISPRon, удаляет метки метилирования, оставленные CRISPRoff, делая процесс полностью обратимым.

«Теперь у нас есть простой инструмент, который может заставить замолчать подавляющее большинство генов», – сказал Джонатан Вайсман, доктор философии, член Института Уайтхеда, соавтор новой статьи и бывший преподаватель UCSF. «Мы можем сделать это для нескольких генов одновременно без какого-либо повреждения ДНК, и таким образом, чтобы это можно было обратить вспять. Это отличный инструмент для контроля экспрессии генов ».

“ Главный сюрприз ” меняет основной постулат

Основываясь на предыдущей работе группы в Италии, исследователи были уверены, что CRISPRoff сможет заглушить определенные гены, но они подозревали, что около 30 процентов человеческих генов не будут реагировать на новый инструмент.

ПОПУЛЯРНЫЙ: Ученые использовали прорыв в нацеливании на гены против клеток COVID-19 с помощью инструмента CRISPR под названием «PAC-MAN»

ДНК состоит из четырех генетических букв – A, C, G, T – но, как правило, только C, следующие за G, могут быть метилированы. Дело усложняется тем, что ученые долгое время считали, что метилирование может заглушить гены только в тех участках генома, где последовательности CG сильно сконцентрированы, областях, известных как «острова CpG».

Поскольку почти у трети человеческих генов отсутствуют CpG-островки, исследователи предположили, что метилирование не отключит эти гены. Но их эксперименты CRISPRoff опровергли эту эпигенетическую догму.

«До этой работы считалось, что 30 процентов генов, не имеющих CpG-островков, не контролируются метилированием ДНК», сказал Гилберт. «Но наша работа ясно показывает, что вам не нужен островок CpG для выключения генов путем метилирования. Для меня это было большим сюрпризом ».

Повышение терапевтического потенциала CRISPRoff

Простые в использовании эпигенетические редакторы, такие как CRISPRoff, обладают огромным терапевтическим потенциалом, во многом потому, что, как и геном, эпигеном может передаваться по наследству.

БОЛЕЕ: Революционная система редактирования генома на основе CRISPR «навсегда» уничтожает раковые клетки в лаборатории

Когда CRISPRoff заглушает ген, он не только остается выключенным в обработанной клетке, но также остается в потомках клетки, когда она делится, на протяжении 450 поколений.

К удивлению исследователей, это справедливо даже для созревающих стволовых клеток. Хотя переход от стволовой клетки к дифференцированной взрослой клетке включает в себя значительную перестройку эпигенома, метки метилирования, депонированные с помощью CRISPRoff, достоверно унаследованы в 90% клеток, совершивших этот переход, что показало, что клетки сохраняют память об эпигенетических модификациях, сделанных Система CRISPRoff даже при изменении типа ячеек.

Альцгеймеры и белок тау

Они выбрали один ген для использования в качестве примера того, как CRISPRoff может быть применен в терапии: ген, кодирующий белок тау, который участвует в болезни Альцгеймера. После тестирования метода на нейронах они обнаружили, что использование CRISPRoff можно использовать для уменьшения экспрессии тау-белка, хотя и не полностью. «Мы показали, что это жизнеспособная стратегия для подавления тау-белка и предотвращения экспрессии этого белка», говорит Вайсман. «Тогда возникает вопрос, как передать это взрослому? И действительно ли этого достаточно, чтобы повлиять на болезнь Альцгеймера? Это большие открытые вопросы, особенно последний ».

Даже если CRISPRoff не приведет к лечению болезни Альцгеймера, есть много других состояний, для которых он потенциально может быть применен. Их результаты показывают, что CRISPRoff нужно вводить только один раз, чтобы иметь длительный терапевтический эффект, что делает его многообещающим подходом для лечения редких генетических заболеваний, включая синдром Марфана, который поражает соединительную ткань, синдром Джоба, расстройство иммунной системы и определенные формы рак – которые вызваны активностью единственной поврежденной копии гена.

ТАКЖЕ: Впервые в истории ученые вылечили живых существ от ВИЧ и полностью исключили вирус из ДНК

Хотя доставка в определенные ткани остается проблемой, «мы показали, что вы можете временно доставить ее в виде ДНК или РНК, та же технология, которая лежит в основе вакцины против коронавируса Moderna и BioNTech», – говорит Вайсман.

Поскольку эпигеном играет центральную роль во многих заболеваниях, эта захватывающая новая технология может однажды привести к мощным методам лечения наших самых смертоносных врагов, хотя «для полной реализации ее терапевтического потенциала требуется дальнейшая работа».

ИЗМЕНИТЬ свою ленту в социальных сетях с помощью этих обнадеживающих хороших новостей…




#Исследователи #создают #CRISPR #переключатель #включениявыключения #для #контроля #наследственных #генетических #проблем #без #изменения #ДНК

Source link