Биологи научились редактировать гены некодирующих РНК
Микрофотография клеток соединительной ткани человека, дифференцировка которых меняется под влиянием внеклеточных везикул, секретированных клетками с отредактированными генами микроРНК.
© Наталия Басалова.
Ученые нашли способ редактирования генов некодирующих РНК с помощью системы CRISPR/Cas9. Некодирующие РНК регулируют работу генов, участвуют в передаче сигналов внутри и между соседними клетками, а также вовлечены в развитие наследственных, инфекционных (ВИЧ, гепатиты В, С), иммунологических и опухолевых заболеваний. Полученные данные помогут разобраться в механизмах этих болезней, а также предложить новые подходы к их лечению. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Non-coding RNA.
Рибонуклеиновая кислота (РНК) — это один из трех ключевых типов молекул, наравне с ДНК и белками, которые играют важную роль в кодировании и прочтении информации в клетках живых организмов. РНК необходимы в процессах передачи генетической информации, ее чтения и регулирования. Так, например, кодирующие РНК служат матрицей для синтеза белков, но, кроме них есть и некодирующие, например микроРНК, которые напрямую не «считываются», а регулируют работу генов, поддерживают стабильность ДНК, помогают создавать белки, участвуют в передаче сигналов внутри и между соседними клетками, а также вовлечены в развитие широкого спектра заболеваний, включая гепатиты В и С, ВИЧ и рак. Многие функции и механизмы действия некодирующих РНК остаются неизвестными, при этом они могут служить перспективной мишенью для разработки препаратов для лечения и профилактики многих болезней. Именно этим обусловлен особый интерес ученых к данным молекулам.
Исследователи из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) нашли способ редактирования генов некодирующих РНК с помощью системы CRISPR/Cas9. Технология CRISPR/Cas9 — очень гибкий инструмент, который может быть использован не только для исправления ошибок в геноме клеток, но и для контроля активности любых генов по выбору. Эта система может применяться как в научных исследованиях, так и в разработке подходов к лечению и профилактике большого количества заболеваний: наследственных, инфекционных (ВИЧ, гепатиты, малярия), опухолевых и иммунных. У этой технологии существует множество модификаций, в том числе SpCas9, SpCas9D10A и другие.
Технология CRISPR/Cas9 — достаточно «молодая», поэтому сложно определить, какую из ее модификаций лучше использовать для редактирования генов некодирующих РНК в клетках человека. Авторы публикации изучили возможность решения этой задачи с помощью разновидностей SpCas9 и SpCas9D10A.
Ученые протестировали эти модификации метода CRISPR/Cas9 на стволовых клетках жировой ткани человека. Стволовые клетки могут превращаться в различные типы клеток — костные, хрящевые, мышечные, клетки жировой ткани или кровеносных сосудов. SpCas9 с эффективностью 50% и более вносила разрывы в ДНК, но не позволила удалить гены интересующих некодирующих РНК. В то же время SpCas9D10A успешно справилась с этой задачей, разрушив гены микроРНК. Это позволило подтвердить их функцию в подавлении разрастания соединительной ткани.
В результате проведенного редактирования в гене некодирующей РНК изменяется последовательность нуклеотидов, что нарушает ее созревание и образование. Это приводит к снижению количества такой микроРНК в клетках и внеклеточных везикулах — маленьких пузырьках, которые образуются внутри клеток и затем высвобождаются во внеклеточное пространство. Также редактирование позволяет изменить физиологию клеток в целом, а также свойства молекул, которые они выделяют. Например, ухудшить их способность подавлять разрастание соединительной ткани, которая приводит к появлению рубцовых изменений.
«Предложенная технология редактирования генов позволит определить функции некодирующих РНК и их молекулярных партнеров, в том числе в клетках человека. Эти молекулы могут послужить перспективными мишенями для разработки способов лечения или профилактики различных заболеваний, в том числе наследственных. Потенциальное лекарство может представлять собой некодирующие РНК или быть нацелено на них. Кроме того, полученные результаты важны для понимания регуляции живых систем и причин развития заболеваний: наследственных, инфекционных, возраст-ассоциированных и других», — рассказывает одна из основных исполнителей проекта, поддержанного грантом РНФ, Анастасия Ефименко, заведующая лабораторией репарации и регенерации тканей Института регенеративной медицины Медицинского научно-образовательного центра Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.