Ученые создали наночастицы для систем редактирования генома

Международная группа, включающая российских ученых, предложила новую технологию доставки и модификации системы редактирования генома CRISPR-Cas9 для взрослых мышей. Разработка показала более высокую эффективность и точность, а также меньшие побочные эффекты по сравнению с используемыми сейчас методами. Работа опубликована в журнале Nature Biotechnology.

Ученые разработали липидные наночастицы для доставки в печень взрослых животных компонентов системы редактирования генома CRISPR-Cas9. Эти частицы переносят мРНК, кодирущую белок Cas9, который разрезает ДНК, и РНК-гид (single-guide RNA или sg-RNA), «указывающий» Cas9 нужное место в геноме.

Традиционно систему CRISPR-Cas9 in vivo (в живом организме) доставляют с помощью адено-ассоцированных вирусов, однако такой метод имеет недостатки. Во-первых, у людей, которые перенесли заболевания, вызываемые этими вирусами, либо проходили аналогичную терапию, могут присутствовать аутоантитела, атакующие введенные вирусы. Во-вторых, применение адено-ассоцированных вирусных векторов приводит к долгосрочной экспрессии белка Cas9.

Липидные частицы с синтетической мРНК Cas9 позволяют получать белок только ограниченное время, что уменьшает токсичность и неспецифичность. Использование липидных частиц позволило доставить компоненты CRISPR-Cas9 в печень взрослых мышей, причем не менее чем в 80% гепатоцитов (клетки печени).

Принципиальным моментом работы является применение химически модифицированных РНК-гидов — это повышает эффективность и точность метода. С их помощью большая доля нужных клеток проходит редактирование именно в требуемом участке генома, и уменьшается количество случайных участков, попавших под неспецифичное действие CRISPR-Cas9 (такие ошибки называют офф-таргетом, off target).

От повышения специфичности воздействия CRISPR-Cas9 на ДНК клетки (той самой точности метода) во многом зависит, насколько скоро будет применено редактирование генома в медицине. Пока же опасность самой патологии (например, для описанного исследования — повышенное содержание холестерина в крови) зачастую ниже, чем риск получить тяжелые побочные эффекты, в том числе онкологические заболевания. Но уже сегодня можно рассматривать возможность терапии таких заболеваний, как фиброз почек.

«Наверное, сегодня до широкого применения редактирования генома in vivo в медицине еще далеко, потому что существует принципиальная проблема — все еще высокая неспецифичность системы CRISPR-Cas9. Но за последние годы было предложено достаточно много мутантных вариантов Cas9, которые обладают повышенной специфичностью и селективностью. В нашей работе специфичность была дополнительно увеличена за счет применения химически модифицированных РНК-гидов. Если удастся еще уменьшить офф-таргет эффекты, то этот подход можно будет использовать и в медицине», — прокомментировал один из авторов статьи, доцент Сколтеха и старший научный сотрудник химического факультета МГУ Тимофей Зацепин.