Прецизионные инструменты расширяют количество «базовых редакторов», доступных для управления ДНК и РНК.

Взломы CRISPR позволяют осуществлять точный ремонт генома.

Взломы CRISPR позволяют осуществлять точный ремонт генома.
Взломы CRISPR позволяют осуществлять точный ремонт генома.

Эли Долгин
Nature 550, 439–440 ():10.1038/550439a

    На этой неделе расширился набор инструментов для редактирования генов, поскольку две исследовательские группы объявили о методах, которые позволяют исследователям делать целенаправленные изменения ДНК и РНК. В отличие от оригинальной системы редактирования генов CRISPR — относительно непредсказуемой и тупой формы молекулярных ножниц, которые сокращают значительные участки ДНК — новые системы переписывают отдельные буквы или генетические основания. Возможность изменять одиночные основания означает, что исследователи теперь могут попытаться исправить более половины всех генетических заболеваний человека (1, 2).
    Инструменты, разработанные отдельными командами в Broad Institute of MIT и Harvard в Кембридже, штат Массачусетс являются адаптацией системы CRISPR. В то время как большинство прошлых попыток использовать методы, основанные на CRISPR для фиксации отдельных оснований, были грубыми  — сродни использованию мачете для удаления бородавки — новые методы больше похожи на «высокоточная химическая хирургия», — говорит Дэвид Лю, химик-биолог из Broad Institute, который возглавлял одно из исследований.
   В прошлом году его группа сообщила о первом методе « редактирования оснований» для преобразования одной целевой ДНК-буквы в другую без необходимости расщепления двойной спирали генома. С тех пор он используется во всем мире для исправления генов у грибов, растений, рыб и мышей и даже у человеческих эмбрионов, укрывающих дефектный ген, который может вызвать заболевание крови. Но этот базовый редактор мог достичь только двух видов химических превращений: цитозина C в тимин T или гуанина G в аденин A.
    Новый базовый редактор, описанный в статье, опубликованной 25 октября в Nature(1), работает в другом направлении, преобразовывая T в C или A в G. Поэтому он может уничтожить наиболее распространенные типы «точечной мутации», которые включают в себе одиночные аберрантные основания.
   В человеческих эмбриональных клетках почек и клетках рака кости методика сделала желаемые поправки с эффективностью около 50% и почти не обнаруживаемыми побочными эффектами. Для сравнения, более традиционный метод на основе CRISPR, при котором ученые вставляют нити ДНК, содержащую желаемое основание, фиксируют одни и те же различия в одиночных основаниях с эффективностью менее 5% и часто вызывают нежелательные вставки или делеции больших кусков ДНК.
«Это крупный прорыв в области редактирования генома» — говорит Джин-Су Ким, молекулярный генетик из Сеульского национального университета.

Приемы ремесла

   Другой метод, описанный в исследовании, опубликованном 25 октября в Science(2) и возглавляемом биоинженером Broad Institute Фэн Чжан, выполняет аналогичную конверсию, но в РНК вместо ДНК. Он превращает А в инозин (I), который читается как G белковой машиной клетки. Это позволяет временно корректировать болезнетворную мутацию без постоянного изменения генома — потенциально более безопасный вариант, когда речь идет о терапевтических средствах для фиксации генов, хотя лечение необходимо проводить повторно. Это также означает, что исследователи могут изменить лечение, поскольку они лучше понимают болезнь. «Если вы используете РНК-терапию, — говорит Чжан, — вы способны на апгрейд».
    Редактор РНК этой команды основан на естественном ферменте, который перестраивает атомы в А превращая в I. Исследователи сливали фермент с отключенной версией системы CRISPR — один из которых включал РНК-целевой фермент под названием Cas13, а не обычный ДНК-связывающий Cas9. С помощью специфичной для последовательности направляющей молекулы РНК они успешно исправляли болезнетворные мутации в 23-35% случаев с низкими показателями активности вне мишени.
   В методе  редактирования оснований, впервые разработанном командой Лю в прошлом году, исследователи создали естественный фермент и привязали его к dud Cas9, что позволило им преобразовать C в T. Но нет эквивалентного фермента для противоположного преобразования в ДНК. Итак, исследователи начали с фермента, редактирующего РНК, подобного тому, который использовали в группе Чжан.
   Команда управляла эволюцией бактериальных клеток через семь поколений и использовала в лаборатории  белковую инженерию, чтобы создать фермент который бы распознавал и манипулировал ДНК. Фермент смог переставить атомы в аденине, чтобы изменить его на инозин, который клетка читает как гуанин. Затем система обманула клетку включением цитозина в немодифицированную нить ДНК (см. рисунок).

Дерзкий ход

  «Это представляет собой героическое усилие», — говорит Дана Кэрролл, исследователь по геному в Университете штата Юта в Солт-Лейк-Сити, отмечая, что подход с направленной эволюцией был чем-то вроде выстрела в темноте. «У меня не было бы смелости попробовать, что они сделали», — говорит Кэрролл. «Моя шляпа отправилась к Дэвиду Лю».
   Возможность сделать четыре типа конверсии с одиночными основаниями — от A до G, от G до A, от C до T и от T до C — «будет чрезвычайно ценна для точного терапевтического и агрономического редактирования», — говорит Caixia Gao, генетик-растении из Института генетики и развития биологии Китайской академии наук в Пекине.
    Он также может оказаться полезным для создание лекарств и хранении данных на основе ДНК, говорит Марчелло Мареска, исследователь в области редактирования генов в AstraZeneca в Гетеборге, Швеция.
  Для разработки любых других базовых редакторов потребуются ферменты, которые не встречаются в природе, даже для конверсий в РНК. Но такое препятствие не остановило Лю раньше. «Мы будем стараться, пока сообщество не разработает все возможные базовые редакторы», — говорит он.

Ссылки:

1. Gaudelli, N. M. et al. Nature dx.doi.org/10.1038/nature24644 (2017).
2. Cox, D. B. T. et al. Science dx.doi.org/10.1126/science.aaq0180 (2017).
3. Komor, A. C., Kim, Y. B., Packer, M. S., Zuris, J. A. & Liu, D. R. Nature 533, 420–424 (2016).
www.nature.com/news/crispr-hacks-enable-pinpoint-repairs-to-genome-1.22884?WT.mc_id=FBK_NA_1710_FHNEWSCRISPRPINPOINT_PORTFOLIO
Нравится
Не нравится
11:24
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...

Важно!

Если Вы хотите зарегистрироваться в качестве врача или юридического лица, заполните форму. Использование "Войти с помощью" автоматически регистрирует Вас как пользователя.

Войти с помощью