Новый включатель генов по сигналу — важный шаг к безопасной генной терапии

Как врач подбирает дозу лекарства в зависимости от потребностей пациента, так и экспрессия терапевтических генов, измененных в организме человека для лечения или излечения заболевания с помощью генной терапии, также должна поддерживаться в пределах терапевтического окна.

Соблюдение терапевтического окна очень важно, поскольку слишком большое количество белка может быть токсичным, а слишком малое — привести к незначительному терапевтическому эффекту или его отсутствию.

Хотя принцип терапевтического окна известен уже давно, до сих пор не было стратегии его безопасной реализации, что ограничивало потенциальные возможности применения генной терапии в клинике. В своем исследовании, опубликованном в журнале Nature Biotechnology, ученые из Медицинского колледжа Бэйлора сообщают о технологии эффективной регуляции экспрессии генов, что является перспективным решением для восполнения этого пробела в клиническом применении генной терапии.

Хотя существует несколько систем регуляции генов, используемых в клетках млекопитающих, ни одна из них не была одобрена Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США для клинического применения, главным образом потому, что в этих системах используется регуляторный белок, чуждый человеческому организму, что вызывает иммунный ответ против него, — говорит автор статьи доктор Лайсинг Йен, доцент кафедры патологии и иммунологии и молекулярной и клеточной биологии в Бэйлоре.

Это означает, что клетки, экспрессирующие терапевтический белок, будут атакованы, уничтожены или нейтрализованы иммунной системой пациента, что сделает терапию неэффективной.

Более десяти лет Йен и его коллеги работали над этой технологией, и теперь они нашли решение, позволяющее преодолеть основные препятствия на пути ее клинического применения.

Решение, которое мы нашли, не предполагает использования чужеродного регуляторного белка, вызывающего иммунный ответ у пациентов. Вместо этого мы используем небольшие молекулы для взаимодействия с РНК, которые, как правило, не вызывают иммунного ответа, — говорит Йен.

Другие группы также предпринимали попытки решить эту важную проблему, но концентрации лекарств, которые они использовали, были выше тех, которые FDA одобрило для пациентов. Мы же смогли разработать нашу систему таким образом, что она работает в дозировке, одобренной FDA.

Переключатель для включения/выключения генов по сигналу

Йен и его коллеги разработали систему, которая включает гены на разных уровнях по сигналу, используя малые молекулы в дозах, одобренных FDA. Переключатель помещается в РНК — копию генетического материала, которая преобразуется в белок. Такой подход позволяет исследователям контролировать производство белка, управляя его РНК.

Сначала в интересующую нас РНК встраивается дополнительный сигнал polyA, похожий на «знак стоп», которым гены обозначают конец гена. Когда механизм клетки обнаруживает сигнал полиА в РНК, он автоматически делает разрез и определяет точку разреза как конец РНК.

В нашей системе мы используем добавленный сигнал полиА не в конце, а в начале РНК, поэтому разрез разрушает РНК, и, следовательно, по умолчанию белок не вырабатывается. Он выключен до тех пор, пока мы не включим его с помощью маленькой молекулы, — говорит Йен.

Чтобы включить ген на нужном уровне, команда создала переключатель на РНК. Они изменили участок РНК рядом с сигналом polyA таким образом, что он теперь может связываться с маленькой молекулой, в данном случае с тетрациклином, одобренным Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США.

Когда тетрациклин связывается с этим участком, который функционирует как сенсор на РНК, он маскирует сигнал полиА, и РНК теперь будет транслироваться в белок, — говорит Йен.

Представьте себе возможную ситуацию в будущем. Пациент прошел курс генной терапии, в ходе которого был получен ген, компенсирующий сбой в работе гена, вызывающего заболевание. В гене, который получил пациент, есть переключатель, который позволяет врачу контролировать производство терапевтического белка. Если пациенту требуется небольшое количество терапевтического белка, то он принимает небольшую дозу тетрациклина, который лишь немного включает терапевтический ген.

Если пациенту требуется больше терапевтического белка, то он принимает больше тетрациклина, чтобы увеличить его производство. Чтобы прекратить выработку терапевтического белка, пациент перестает принимать тетрациклин. В отсутствие тетрациклина переключатель вернется в стандартное положение «выключено». Некоторые заболевания могут выиграть от постоянного присутствия низких уровней терапевтического белка. В этом случае технология обладает гибкостью, позволяющей заранее настроить уровень по умолчанию на заданные уровни экспрессии белка, сохраняя при этом возможность повысить экспрессию с помощью тетрациклина.

Эта стратегия позволяет нам более точно контролировать экспрессию генов терапевтического белка. Она позволяет нам регулировать его производство в зависимости от стадии заболевания или подстраиваться под конкретные потребности пациентов, используя при этом дозу тетрациклина, одобренную FDA, — заключает Йен.

Наш подход не зависит от конкретного заболевания, теоретически он может быть использован для регулирования экспрессии любого белка и потенциально имеет множество терапевтических применений. Кроме того, эта система компактнее и проще в реализации, чем существующие технологии. Поэтому она также может быть очень полезна в лаборатории для включения или выключения интересующего гена с целью изучения его функции.

02.01.2024