Недавно в новостях рассказали историю малыша из Пенсильвании, которого вылечили от редкого генетического заболевания с помощью персонализированной терапии. Ученые исправили мутацию в его ДНК методом редактирования оснований — технологии, разработанной Алексис Комор, когда она работала в Гарварде под руководством молекулярного биолога Дэвида Лиу.

С 2016 года Комор, теперь профессор химии и биохимии в Калифорнийском университете, продолжает изучать этот метод, чтобы улучшить его точность. Ее новое исследование, опубликованное в Nature Communications, объясняет, как определенные белки репарации ДНК можно использовать для контролируемого редактирования генома.

Как устроена наша ДНК

• Она состоит из четырех «букв»: цитозин ©, тимин (T), гуанин (G) и аденин (A).
• Эти буквы складываются в 3 миллиарда пар, закрученных в двойную спираль.

Люди на 99,9% генетически идентичны, а оставшиеся 0,1% определяют различия между нами. У одного человека в определенном месте стоит C, у другого — T.

Миллионы таких вариаций безвредны, но некоторые приводят к тяжелым болезням. Для многих пациентов редактирование генов — единственный шанс на спасение.

Проблема классического CRISPR

Обычно для редактирования используют систему CRISPR-Cas9: она разрезает ДНК в нужном месте, создавая двуцепочечный разрыв.

Клетка пытается «починить» повреждение, но часто делает ошибки — вставляет лишние фрагменты или удаляет нужные (это называют инделами).

Чем больше правок, тем выше риск нежелательных мутаций.

Комор придумала способ избежать этих рисков. Вместо разрезания ДНК ее метод химически меняет одну букву за раз — отсюда и название  «редактирование оснований».

Мы не только получаем лучший результат, но и снижаем побочные эффекты. Разрезы ДНК токсичны, могут убивать клетки или вызывать крупные хромосомные перестройки. Наш метод этого избегает, — объясняет Комор.

Она создала два инструмента:

1. A-редактор — превращает A в G
2. C-редактор — меняет C на T.

Ц-редактор работает в два этапа: сначала превращает цитозин в урацил (этот нуклеотид обычно встречается в РНК), а потом клетка сама «исправляет» его на тимин. Хотя метод не делает двуцепочечных разрывов, он оставляет надрез в одной цепи ДНК.

Как клетка реагирует на правки

Ученые выяснили, что белок UNG мешает процессу — он находит урацил и удаляет его. Если заблокировать UNG, эффективность Ц-редактора растет. Но это не единственный фактор.

Чтобы разобраться глубже, команда Комор «отключила» 2015 белков, связанных с репарацией ДНК, и наблюдала, как это влияет на редактирование. Оказалось, что:

• Лигаза 3 мешает процессу — она «зашивает» надрез до завершения редактирования.
• Комплекс MutS-альфа, наоборот, помогает, распознавая урацил и ускоряя его превращение в тимин.

Лигаза 3 работает против нас. А MutS-альфа — наш союзник, — говорит Комор.

Зачем это нужно

Метод уже спасает жизни: как минимум 10 пациентов вылечены с его помощью, идут клинические испытания. Но ученые хотят сделать его еще точнее.

Мы до конца не понимаем, как клетки реагируют на редактирование. Есть ли скрытые повреждения? Активируются ли опасные пути репарации? Чем больше мы знаем, тем безопаснее сможем применять технологию, — объясняет Комор.

Исследование поддержал Национальный научный фонд США — это фундаментальная работа, но ее результаты быстро доходят до больниц.

Этот проект важен по трем причинам:

1. Безопасность — понимание механизмов репарации ДНК после редактирования снизит риски нежелательных мутаций.
2. Эффективность — зная, какие белки мешают или помогают, можно создать более точные редакторы.
3. Новые методы — открытие роли MutS-альфа может привести к разработке принципиально иных инструментов генной терапии.

Хотя метод перспективен, остается вопрос: как долго сохранятся edits в делящихся клетках? Если правки «вымываются» со временем, потребуются повторные терапии. Также неясно, как система поведет себя в разных тканях — например, в нейронах vs. кроветворных клетках.

Ранее ученые разработали новый метод доставки грузов в яйцеклетки.