Редактирование генома: новая стратегия повышения эффективности и точности

Генетическое редактирование считается последним словом точной медицины, поскольку оно позволяет своевременно исправлять ошибки в генетической информации ДНК, ответственной за неизлечимые заболевания. Объясняют первые авторы исследования, Самуэле Феррари и Аурелиен Джейкоб:

«Сегодня мы можем руководить этой «системой ремонта», предоставляя клетке здоровую версию, которой мы хотим заменить мутировавшую. Для этого используется вирусный вектор, то есть обезвреженный вирус, способный заражать клетки и переносить с учетом их генетической нагрузки штамм для коррекции. Тем не менее, эта система коррекции не работает лучшим образом в случае гемопоэтических стволовых клеток, которые по своей природе имеют тенденцию к покою. Как только гемопоэтические стволовые клетки чувствуют повреждение ДНК, они имеют тенденцию больше не размножаться или даже уничтожать себя. Следовательно, мы изучаем, как их стимулировать и избежать побочных эффектов нашей операции на генетический материал».

Благодаря предыдущим исследованиям, проведенным командой профессора Налдини в сотрудничестве с командой Рафаеллы Ди Микко, исследователи нашли один из ключей к преодолению негативного воздействия разрезания ДНК на гемопоэтические стволовые клетки, воздействуя на один из белков, который является наиболее важным в регуляции пролиферации клеток (р53). Этот белок, по прозвищу «хранитель генома», действует как ингибитор роста клеток при патологических состояниях, сбой выработки данного белка связан с многочисленными опухолями. Путем введения беспрецедентного белкового коктейля в стволовые клетки крови во время генетического редактирования исследователям удалось временно заблокировать его действие и значительно повысить эффективность процесса коррекции.

Продолжает Пьетро Дженовезе, который руководил исследованием вместе с Луиджи Налдини и недавно был принят на работу в Гарвардскую медицинскую школу в Бостоне:

«Но это не единственное нововведение. Мы показали, что в вирусный вектор, помимо направляющей последовательности для коррекции ДНК, можно вставить также короткую дополнительную последовательность, которая функционирует как настоящий «штрих-код» для уникальной идентификации каждой из правильных стволовых клеток. Таким образом, мы можем следить за ними и с течением времени убедиться, что их поведение не изменилось в результате лечения. Это позволило нам продемонстрировать не только эффективность редактирования, а также, впервые, безопасность процедуры: мы смогли исключить появление клеток, которые могли бы привести к будущим опухолям. Другими словами, если мы ассоциируем каждый молекулярный штрих-код с цветом, мы спокойны, когда видим много разных цветов: это означает, что исправленных клеток много. И наоборот, если мы наблюдаем несколько цветов или хотя бы один преобладающий цвет, для нас это сигнал тревоги, который указывает на рискованность процедуры».

Редактирование генома является частным случаем генной терапии и представляет собой новейшую технологию, которая позволяет точно вмешиваться в поиск и исправление генетических ошибок в ДНК, даже на уровне одной буквы. Эта техника основана на системе защиты, разработанной в древние времена бактериями от вирусов, которая в случае заражения позволяет им распознавать и уничтожать вирусную ДНК.

Чтобы достичь данного результата, исследователи используют так называемый «молекулярный скальпель» CRISPR / Cas9, который направлен на разрезание ДНК в желаемой точке, например, где есть мутация, ответственная за заболевание. Основное преимущество заключается в том, что дефектный ген корректируется «на месте» и сохраняет свою физиологическую регуляцию, обеспечивая тем самым экспрессию, наблюдаемую в нормальных условиях. Существует множество потенциальных терапевтических применений: от редких генетических заболеваний до онкологии.

Исследование финансировалось Фондом Telethon, программой Европейского союза Horizon 2020, Министерством здравоохранения Италии и Министерством научных исследований, а также фондом Луи-Жанте в Женеве, который в 2019 году наградил Директора SR-Tiget за заслуги в трансляционной медицине. Применение данной технологии для лечения некоторых генетических заболеваний будет осуществляться в рамках стратегического альянса между SR-Tiget и Genespire.