Теперь ученые Института Солка создали новый инструмент, нацеленный не на ДНК, а на РНК, и использовали его для исправления белкового дисбаланса в клетках пациента с деменцией, восстанавливая их до здорового уровня. Новый инструмент Salk под названием CasRx открывает огромный потенциал РНК и белков для генной инженерии, предоставляя исследователям мощный способ разработки новых генных методов лечения, а также исследования фундаментальных биологических функций.
Работа появилась в Cell 15 марта 2018 года.«Биоинженеры подобны детективам природы, которые ищут ключи в структурах ДНК, чтобы помочь разгадать загадки генетических заболеваний», — говорит Патрик Хсу, научный сотрудник Helmsley-Salk и старший автор новой статьи. «CRISPR произвела революцию в геномной инженерии, и мы хотели расширить набор инструментов с ДНК до РНК».CRISPR — это бактериальные иммунные системы, которые содержат множество защитных ферментов, таких как «молекулярные ножницы» Cas9, которые ученые, включая Хсу, разработали как мощный инструмент для редактирования генов, нацеленный на ДНК.
Команда Солка решила искать в бактериальных геномах новые ферменты CRISPR, которые могут нацеливаться на РНК, которые затем можно было бы спроектировать для решения проблем с РНК и образующимися белками.Например, данное сообщение РНК может быть выражено на разных уровнях, и его баланс относительно других РНК имеет решающее значение для здорового функционирования. Кроме того, РНК можно сплайсировать различными способами для получения разных белков, но проблемы со сплайсингом могут привести к таким заболеваниям, как спинальная мышечная атрофия, атипичный муковисцидоз и лобно-височная деменция (FTD).
Таким образом, лекарство, которое нацелено на токсичные РНК или РНК, полученные в результате неправильного сплайсинга, может изменить жизнь людей с этими типами разрушительных заболеваний.«Мы начали проект с гипотезы о том, что различные системы CRISPR могли быть специализированы на протяжении эволюционной гонки вооружений между бактериями и их вирусами, что потенциально давало им возможность нацеливаться на вирусную РНК», — объясняет научный сотрудник Salk Сильвана Конерманн, сотрудник HHMI Hannah Gray. и первый автор статьи.Команда разработала вычислительную программу для поиска в базах данных бактериальной ДНК контрольных сигнатур систем CRISPR: паттернов определенных повторяющихся последовательностей ДНК.
При этом они обнаружили семейство ферментов CRISPR, нацеленных на РНК, и назвали его Cas13d.Команда поняла, что, как и семейство Cas9, ферменты Cas13d, происходящие от разных видов бактерий, будут различаться по своей активности, поэтому они провели скрининг, чтобы определить лучшую версию для использования в клетках человека.
Оказалось, что эта версия принадлежит кишечной бактерии Ruminococcus flavefaciens XPD3002, что побудило их назвать свой инструмент CasRx.«После того, как мы разработали CasRx, чтобы он хорошо работал в клетках человека, мы действительно захотели испытать его на себе», — говорит Конерманн.Это означало разработку CasRx для лечения связанного с заболеванием состояния: в данном случае нейродегенеративного расстройства лобно-височной деменции (FTD). При этой деменции соотношение двух версий тау-белка (также связанного с болезнью Альцгеймера) в нейронах не сбалансировано.
Команда генетически сконструировала CasRx, чтобы нацелить последовательности РНК на версию тау-белка, которая является избыточной. Они сделали это, упаковав CasRx в вирус и доставив его к нейронам, выращенным из стволовых клеток пациента с ЛТД. CasRx был на 80 процентов эффективен в восстановлении баланса тау-белка до нормального уровня.
По сравнению с другими технологиями, нацеленными на РНК, CasRx уникален из-за своего небольшого размера (что упрощает упаковку в терапевтически релевантные вирусные векторы), своей высокой степени эффективности и того факта, что он не создает заметных нецелевых эффектов по сравнению с РНК. вмешательство. Команда Salk воодушевлена возможностями, которые открывает их инструмент для изучения новых биологических вопросов о функциях РНК и белков, а также методов лечения заболеваний, связанных с РНК и белками.
«Природа полна стольких секретов», — добавляет Сюй. «Это действительно богатый, неиспользованный ресурс для изобретения новых технологий».Среди других авторов были Питер Лотфи, Николас Дж.
Бридо, Дженнифер Оки и Максим Н. Шохирев, все из Института Солка.