Разработан новый метод редактирования генов в клетках человека

За последнее десятилетие система редактирования генома CRISPR произвела революцию в молекулярной биологии, предоставив ученым возможность изменять гены внутри живых клеток в исследовательских или медицинских целях. Теперь исследователи из Института Гладстона отладили дополнительную систему для более эффективного редактирования генов, используя молекулы, называемые ретронами.

Ретроны, как сообщает группа в журнале Nature Chemical Biology, могут быть оптимизированы для повышения эффективности и использоваться для редактирования генов в различных типах клеток, от грибов до клеток человека.


Большинство современных технологий редактирования генов, основанных на системе CRISPR, предполагают вырезание участка ДНК из генома клетки, а затем введение на его место нового генетического материала, называемого "шаблонной ДНК". По мере того, как клетка восстанавливает места, где был вырезан существующий ген, происходит интеграция шаблонной ДНК.

Шаблонная ДНК обычно производится в лаборатории, а затем вводится в клетки извне. Белок, который разрезает геном клетки, называемый Cas9, поставляется отдельно. Ни Cas9, ни шаблонная ДНК не проникают в каждую клетку, что ограничивает эффективность редактирования генов CRISPR.

Ретроны, однако, действуют как фабрики ДНК, производя многочисленные копии шаблонной ДНК внутри клеток. Более того, ретроны могут быть доставлены вместе с остальными компонентами CRISPR, так что клетки получают все материалы, необходимые для редактирования генов, одновременно - генетические коды для шаблонной ДНК, Cas9 и молекулы, которые помогают исследователям отслеживать сделанные правки.


И ретроны, и CRISPR происходят от бактерий; оба являются защитными механизмами, которые бактерии используют для изменения ДНК в ответ на инфекции. После появления системы редактирования генома CRISPR, в которой система CRISPR была использована для избирательного воздействия на гены в других типах клеток, некоторые исследователи начали изучать возможность использования ретронов в качестве шаблонов для точного редактирования генов. Однако роль различных участков структуры ретрона в его функционировании и как изменить эти участки, чтобы улучшить ретроны, было неизвестно.


В новом исследовании группа Шипмана сконструировала ретроны кишечной палочки для создания сотен новых вариантов. Они протестировали каждый новый вариант и обнаружили ряд изменений, которые в совокупности привели к 8-10-кратному увеличению количества шаблонной ДНК, в конечном итоге произведенной ретроном в клетках кишечной палочки.

Затем исследователи протестировали новую реконструированную систему ретрона в грибке Saccharomyces cerevisiae (пекарские дрожжи) и в культивируемых клетках человека, и обнаружили, что оптимизированная система работает во всех случаях. Это была первая демонстрация использования ретронов в клетках человека и их переносимости между типами клеток.

Поскольку команда могла точно настроить количество шаблонной ДНК, производимой ретронами, они также смогли показать, что когда ретроны производят большое количество шаблонной ДНК, это повышает эффективность редактирования генов.


Ретроны, говорит Шипман, сразу же пригодятся в качестве исследовательского инструмента для редактирования генов в различных типах клеток в лаборатории. Хотя эта платформа еще не готова для использования на людях, она также обладает потенциалом для редактирования генов в терапевтических целях - например, для исправления генных мутаций, вызывающих заболевания.

Поскольку разные бактерии содержат разные ретроны, его группа также планирует изучить, имеют ли другие варианты ретрона преимущества перед ретроном E. coli, который они оптимизировали в данном исследовании.