Содержимое
CRISPR/Cas9 — это новая технология редактирования геномов высших организмов, базирующаяся на иммунной системе бактерий. В основе этой системы — особые участки бактериальной ДНК, короткие палиндромные кластерные повторы, или CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Между идентичными повторами располагаются отличающиеся друг от друга фрагменты ДНК — спейсеры, многие из которых соответствуют участкам геномов вирусов, паразитирующих на данной бактерии. При попадании вируса в бактериальную клетку он обнаруживается с помощью специализированных Cas-белков (CRISPR-associated sequence — последовательность, ассоциированная с CRISPR), связанных с CRISPR РНК. Если фрагмент вируса «записан» в спейсере CRISPR РНК, Cas-белки разрезают вирусную ДНК и уничтожают ее, защищая клетку от инфекции.
CRISPR-Cas9 в исследовательской области дает возможность определять значение конкретного гена при росте, развитии и в процессах жизнедеятельности данного организма, позволяет выявить роль определенного гена в появлении, развитии и прогрессировании генетически заложенных заболеваний и раковых опухолей, посредством создания модельных систем. В Cas9 имеется два нуклеазных домена: если убрать один из них (белок становится никазой nCas9), то белок сможет разрезать только одну цепь ДНК, а если убрать два (получим «мертвый» d Cas9), то ни одной цепи ДНК белок разрезать не сможет. В последнем случае применение данного белка позволяет репрессировать не один отдельный ген, а их набор. Кроме того, Cas9 можно использовать для создания платформы, на базе которой становится возможным конструирование более сложных комплексов, направленных на регуляцию и модификацию организма.
Эта технология позволит лечить рак?
Возможно, но не сразу. То, что называется в обиходе «раком» — это гигантское семейство различных болезней с различными механизмами возникновения. Существуют разновидности рака, вероятность возникновения которых тесно связана с особо «неудачными» вариантами некоторых генов. Типичный пример — ген BRCA1, мутации в котором могут повышать вероятность возникновения рака груди в несколько раз. Потенциально, с помощью технологии CRISPR/Cas9 можно внести изменения в геном сперматозоида или яйцеклетки и таким образом предотвратить передачу мутантного варианта гена своим детям.
Проблема в том, что для большинства онкологических заболеваний наследственность не играет большой роли, а значит, технология редактирования генома будет почти бесполезна. С другой стороны, существуют тяжелые наследственные заболевания, у которых высокая наследуемость, но она настолько сложна и запутана, что не понятно, где и какие нужно вносить изменения в геном, чтобы снизить риск их возникновения. Типичный пример — шизофрения, риск развития которой, как считается, наследуется на 80 процентов (это показано на однояйцевых близнецах). При этом молекулярный механизм наследования шизофрении до самого последнего времени был совершенно непонятен и только сейчас стал проясняться.
Если говорить о том, что с помощью CRISPR/Cas9 можно будет лечить в первую очередь, то это прежде всего простые моногенные заболевания вроде бета-талассемии, муковисцидоза или гемофилии.
Эффективность при глиобластоме и метастатическом раке яичников
В качестве моделей для исследования эффективности нового противоопухолевого препарата ученые выбрали две агрессивные злокачественные опухоли: метастатический рак яичника и глиобластому.
Рак яичников — одно из самых агрессивных онкозаболеваний у женщин. Зачастую диагноз устанавливают уже на поздней стадии, когда имеются отдаленные метастазы. И здесь система CRISPR-LNPs продемонстрировала весьма хорошие результаты.
При глиобластоме пятилетняя выживаемость составляет 3%. С момента установления диагноза продолжительность жизни пациентов в среднем составляет 15 месяцев. Применение CRISPR-LNPs помогло увеличить среднюю продолжительность жизни больных животных в два раза. Общую выживаемость удалось увеличить на 30%.
Авторы исследования отмечают, что эта технология может применяться и для лечения других онкозаболеваний, а также редких генетических заболеваний и хронических инфекций, таких как ВИЧ-инфекция.
В ближайшем будущем CRISPR-LNPs будет испытана в борьбе со злокачественными заболеваниями крови и мышечной дистрофией Дюшенна.
Вич и лейкоз
Следующее направление работы — терапия ВИЧ. Есть люди, которые не заражаются вирусом иммунодефицита человека за счет мутации в гене CCR5 — делеции в 32 нуклеотида. Если у человека обе копии гена мутированы, вирус просто не может проникнуть в их клетки.
У части пациентов на фоне ВИЧ развивается лимфобластный лейкоз (рак крови). Если другие методы терапии не помогают, больным лимфобластным лейкозом часто пересаживают костный мозг. В этом случае взяли костный мозг у донора, который подходил для лечения лейкемии.
Перед пересадкой клетки отредактировали с помощью CRISPR, выключив в них ген CCR5, — повторили мутацию, которая существует в природе. Пересадка вылечила пациента и от лейкоза, и от ВИЧ.
