Вирусоподобные частицы могут безопасно доставлять инструменты для изменения ДНК, предполагает исследование.
Не с каждой человеческой болезнью можно справиться с помощью таблетки или укола. Некоторые расстройства в идеале можно лечить, доставляя молекулярную полезную нагрузку, например, модифицированные вирусы с инструментами редактирования генов, в дефектные клетки, где они могут переписать целевые гены.
Исследователи заявляют, что нашли лучший способ доставки своего груза, изменяющего гены, в клетки, что значительно повышает его эффективность. Это достижение может способствовать реализации широкого спектра проектов по редактированию генов, позволяя лечить все - от мышечных расстройств до потери слуха. "Это большой шаг вперед", - говорит Митчелл Вайс, эксперт по генной терапии в Детской исследовательской больнице Святого Иуды, который не принимал участия в работе.
Использование вирусов для генной терапии имеет непростое прошлое. В 1999 году 18-летний Джесси Гелсингер умер во время испытания генной терапии, с помощью которой пытались вылечить его болезнь печени путем добавления нового гена в его клетки. Новый ген был упакован в аденовирус, разновидность вируса простуды, который вызвал мощную иммунную реакцию, от которой он и погиб.
Более безопасные адено-ассоциированные вирусы продолжают использоваться в генной терапии, отчасти потому, что их легко выращивать в лаборатории и они эффективно достигают клеток-мишеней. Эти вирусы также используются для доставки инструментов редактирования генов, таких как CRISPR, которые исправляют дефектные гены. Однако опасения сохраняются. Эксперты беспокоятся, что эти модифицированные вирусы могут вызвать иммунную реакцию, как это произошло с вирусом Гелсингера, или интегрировать свой генетический материал в клетки человека, потенциально способный вызвать рак.
В качестве альтернативы исследователи разработали вирусоподобные частицы (VLPs) - пустотелые вирусы, у которых удалены собственные геномы. Вместо того чтобы нести ДНК, кодирующую белки, которые изменяют гены, их грузом являются сами белки и РНК, которые вносят изменения. Сами по себе эти VLP не должны представлять никакой угрозы, и их легко выращивать в лаборатории. Но при введении животным они вносят нужные генетические изменения лишь в 10% целевых клеток в большинстве тканей, что гораздо ниже уровня, необходимого для желаемой терапии.
Исследователи под руководством Дэвида Лю, химика-биолога из Гарвардского университета, попытались выяснить, смогут ли они повысить эффективность VLP. Для этого им нужно было решить две основные проблемы: обеспечить правильную упаковку белков для редактирования генов внутри VLP и правильное направление их в ядро клетки для осуществления редактирования.
Другие группы уже пытались решить проблему управления, прикрепляя к своему генно-редактирующему грузу фрагменты белка, называемые сиквенсами ядерной локализации (NLS), которые направляют его в ядро клетки. Однако это в первую очередь мешало упаковке груза. Это происходит потому, что VLP создаются в цитоплазме специализированных клеток, называемых клетками-продуцентами, в лаборатории. И если NLSs прикрепляются к белкам груза в процессе создания частиц, белки мигрируют в ядро клетки-продуцента, вместо того чтобы оставаться упакованными внутри VLP.
Поэтому команда Лю добавила короткий линкерный белок между белками груза и NLS, которые они разработали таким образом, чтобы их можно было впоследствии разрезать. Внутри клетки-производителя линкер не позволял сиквенсу направить груз в ядро, обеспечивая правильную упаковку комбинации в VLP. Но после доставки в клетку-мишень фермент, разрезающий белок, также присутствующий в VLP, разрезал линкер, восстанавливая способность фрагмента NLS направлять груз в ядро. Для каждого набора VLP исследователи также сконструировали внешнюю оболочку частиц так, чтобы она содержала определенные гликопротеины, покрытые сахарами, которые направляют частицы для заражения конкретных клеток-мишеней.
Новые разработанные вирусоподобные частицы могут произвести революцию в терапии, направленной на редактирование генов, вовлеченных в развитие заболеваний. Рис.: ADITYA RAGURAM
Убедившись, что их обновленные VLP успешно редактируют целевые гены клеток в лабораторных условиях, ученые обратились к мышам. Сначала они показали, что при введении в спинномозговую жидкость мышей VLPs заражают целевые нейроны в мозге, внося необходимые генетические изменения в 53% целевых клеток. Затем они попытались отредактировать ген PCSK9, участвующий в метаболизме холестерина и сердечных заболеваниях. Через неделю после введения в кровь обновленные VLP успешно отредактировали 63% дефектных генов PCSK9 в целевых клетках печени, что в 26 раз превышает эффективность предыдущих VLP. Исследователи также протестировали лечение на мышах с генетической мутацией, вызывающей слепоту. Шесть мышей, которым была сделана одна инъекция VLP под сетчатку, частично обрели зрение, сообщила группа в журнале Cell.
Новые VLP также представляются более безопасными, чем предыдущие подходы. Нет никаких доказательств того, что они вызывают "нецелевые" изменения, которые могут привести, например, к раку, говорит Паула Рио Гальдо, биолог из Центра энергетических, экологических и технологических исследований, которая не принимала участия в работе. По ее словам, это может иметь решающее значение для того, чтобы убедить регулирующие органы принять будущие методы лечения с использованием VLPs.
