Новый генный метод эффективно корректирует мутацию муковисцидоза

Муковисцидоз — одно из наиболее распространенных генетических заболеваний, которое вызывает скопление густой слизи, проблемы с дыханием и инфекции в легких и других частях тела. Коктейль из трех препаратов под названием Трикафта значительно улучшил качество жизни пациентов с момента его разработки в 2019 году, но он может вызвать катаракту и повреждение печени, его необходимо принимать ежедневно, и он стоит около 300 000 долларов в год.

Теперь исследователи из Массачусетского технологического института, Гарварда и Института Броуда Университета Айовы разработали метод редактирования генов, который может эффективно исправить наиболее распространенную мутацию, вызывающую муковисцидоз, который присутствует у 85% пациентов. При дальнейшем развитии это может проложить путь к методам лечения, которые назначаются только один раз и имеют меньше побочных эффектов.

Новый метод, опубликованный в журнале Nature Biomedical Engineering, способен точно и навсегда корректировать мутации в клетках легких человека, восстанавливая функцию клеток до уровня, аналогичного Трикафте.

Этот подход основан на технологии, называемой редактированием в прайм-тайм, которая позволяет производить вставки, делеции и замены в геноме длиной до сотен пар оснований с небольшим количеством нежелательных побочных продуктов.

Ученые сказали: «Мы надеемся, что серьезные изменения, направленные на устранение основных причин муковисцидоза, позволят навсегда вылечить это серьезное заболевание за один раз.

«Разработка стратегии эффективного исправления этой сложной мутации также обеспечивает основу для оптимизации первичного редактирования для точного исправления других мутаций, вызывающих разрушительные заболевания».

Восстановление генов

Муковисцидоз вызван мутациями гена CFTR, которые разрушают ионные каналы в клеточных мембранах, которые выкачивают ионы хлорида из клеток. Известно более 2000 вариантов гена CFTR, 700 из которых вызывают заболевания. Наиболее распространенным является удаление трех пар оснований СТТ, которое вызывает неправильное сворачивание и деградацию белка ионного канала.

Исправление делеций CTT при CFTR долгое время было целью терапии редактирования генов, но большинство попыток были недостаточными для обеспечения терапевтического эффекта или использовались такие методы, как редактирование нуклеазы CRISPR/Cas9, которые создают двухцепочечные разрывы ДНК, которые могут вызвать повреждение целевого гена и нежелательные изменения в других участках генома.

Прайм-редактирование, более гибкая и контролируемая форма редактирования генов, не требующая двухцепочечных разрывов, может помочь устранить это ограничение. Чтобы более эффективно исправлять мутации CFTR, ученые внесли в технологию шесть различных усовершенствований.

к ним относятся улучшения направляющей РНК первичного редактора, которая программирует белок первичного редактора на поиск своей цели и выполнение желаемых изменений, а также модификации самого белка первичного редактора и другие изменения, которые делают целевой сайт более доступным.

В совокупности эти улучшения исправили примерно 60% делеций СТТ в клетках легких человека и примерно 25% делеций СТТ в клетках, взятых непосредственно из легких пациента и выращенных in vitro, что является улучшением по сравнению с предыдущими попытками, которые могли исправить только 0,6% делеций СТТ существует множество способов мутировать 1% клеток. По сравнению с предыдущими методами с использованием нуклеазы Cas9, новый метод производит в 3,5 раза меньше нежелательных вставок и делеций за одно редактирование.

Далее исследователям необходимо будет разработать методы упаковки и доставки необходимых устройств для редактирования в дыхательные пути мышей и, в конечном итоге, человека. Команда надеется, что недавние достижения, такие как попадание липидных наночастиц в легкие мышей, помогут ускорить внедрение этого подхода.