Оптимизированная версия технологии редактирования генов открывает возможность одноэтапного лечения муковисцидоза.
При муковисцидозе (МВ) легкие пациента переполнены густой слизью, что затрудняет дыхание и может привести к серьезным бактериальным инфекциям. Прогноз для пациентов с МВ значительно улучшился с тех пор, как в 1989 году ученые выявили генную мутацию, вызывающую это заболевание. В большинстве случаев причиной заболевания является мутация в гене трансмембранного регулятора проводимости (CFTR), состоящая из трех пар оснований. Эта мутация, получившая название F508del, приводит к дефектам ионных каналов во всем организме пациентов.
Генная терапия обладает огромным потенциалом для лечения таких заболеваний, как МВ, поскольку обеспечивает длительный эффект. Однако методы генетического редактирования, используемые для разработки этих многообещающих методов лечения, включая удостоенный Нобелевской премии CRISPR-Cas9, оказались неэффективными для исправления F508del. И вот теперь, согласно публикации в журнале Nature Biomedical Engineering, исследователи использовали оптимизированную версию технологии редактирования генома - "прайм-редактирование" для изменения этой мутации в клетках легких пациентов с МВ. Этот подход восстановил функцию в той же степени, что и мощная комбинированная терапия МВ. Полученные результаты могут привести к появлению методов лечения МВ, которые навсегда устранят генетическое происхождение заболевания.
Дэвид Лю, генетик из Массачусетского технологического института и соавтор исследования, признал, что сложные генетические заболевания требуют гибкой и точной генной терапии. В 2019 году он разработал прайм-редактирование - метод редактирования генов, который отличается от CRISPR. Последний метод режет геном, как ножницы, прорезая обе нити ДНК, что может привести к непреднамеренным, нецелевым правкам. В отличие от этого, прайм-редакторы, по словам Лю, похожи на «текстовые процессоры ДНК, поскольку мы разрабатываем их для истинного поиска и редактирования». Он добавил, что это позволяет технологии вносить более точные и контролируемые изменения, что делает ее идеальной для исправления мутации F508del: добавление всего нескольких букв ДНК в определенных местах.
В своей работе, опубликованной в 2019 году, группа Лю использовала прайм-редактирование для изменения генных мутаций, вызывающих серповидно-клеточную анемию и болезнь Тей-Сакса. Лю объяснил, что они также пытались редактировать мутировавший CFTR, но с ограниченным успехом. «Это было очень сложное исправление», - сказал Лю. Генетический механизм, управляющий прайм-редактором, оказался нестабильным и исправлял менее 1% мутаций». За последние пять лет исследователи усовершенствовали прайм-редактирование. В последней работе сотрудники Лю вновь попытались отредактировать CFTR, используя, по его словам, «подход кухонной мойки» (kitchen sink approach - подход, который включает в себя множество различных вещей), в котором было использовано шесть основных усовершенствований для редактирования праймеров. Эти изменения повысили точность и стабильность молекулярного механизма.
По словам Лю, много усилий ушло на включение усовершенствования, которое позволило системе вносить правки в ДНК, не привлекая внимания встроенных в клетки путей восстановления. Этот белковый механизм - система репарации несоответствий ДНК - отменяет изменения, внесенные главным редактором, если замечает переписывание. Добавив молчащие мутации рядом с правками, которые они внесли в F508del, группа Лю обнаружила, что система исправления несоответствий с меньшей вероятностью будет отменять правки.
Новая улучшенная система редактирования оказалась намного эффективнее. Эффективность редактирования варьировалась в зависимости от типа клеток, но редактор исправил мутацию в 58% эпителиальных клеток человека с мутацией F508del. Когда Лю и его коллеги протестировали механизм на клетках дыхательных путей, взятых у пациентов с МВ, они обнаружили, что он восстанавливает функцию ионных каналов до того же уровня, что и ведущая комбинированная терапия препаратом Трикафта, которая работает за счет усиления функции ионных каналов.
Лю с оптимизмом смотрит на эффективность этого метода, но отмечает, что лечение клеток в лабораторных условиях далеко от лечения клеток в организме больных пациентов. Он добавил, что способ доставки праймеров будет ключевым фактором, определяющим эффективность любой будущей терапии для пациентов. «Отрадно видеть положительные результаты этих исследований по исправлению наиболее распространенной мутации гена МВ, F508del, и мы надеемся, что будущие исследования могут привести к разработке методов генной терапии и для тех, у кого мутации МВ встречаются реже», - отметила Люси Аллен, директор по исследованиям фонда Cystic Fibrosis Trust, которая не принимала участия в исследовании.
По мнению Скотта Белла, ученого-клинициста из Университета Квинсленда, не принимавшего участия в исследовании, препарат Трикафта, направленный на мутацию F508del, которую имеют 90% пациентов с МВ, дает пациентам «очень значительное улучшение по всем клиническим параметрам». Трикафта должна приниматься как минимум ежедневно до конца жизни пациента и ежегодно обходится более чем в 300 000 долларов. По словам Белла, эти последние достижения все еще оставляют около 10% пациентов с МВ, имеющих более редкие мутации, с ограниченными возможностями. Лю говорит, что гибкость новой методики дает надежду на то, что она может способствовать усилиям по обращению вспять более редких мутаций МВ и коррекции других генетических заболеваний.
Размышляя о трудном пути к исправлению мутации F508del, Лю сказал: «Когда вы сталкиваетесь с трудноразрешимой проблемой в науке, может возникнуть соблазн бросить это занятие». В данном случае упорство окупилось, и был создан генетический инструмент, который может исправлять мутации при заболеваниях, выходящих за рамки МВ. «Долгосрочная выгода от преодоления этой проблемы заключается в том, что вы узнаете много нового о системе и, следовательно, о том, как лучше применять ее в будущем», - добавил он.
