Сибирские ученые изобрели способ выключить систему редактирования генома в нужный момент

Сотрудники Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН научились инактивировать систему редактирования генома CRISPR/Cas9 в определенный момент времени и получили патент на свою разработку. Она позволяет выключить или заблокировать определенные гены, например те, которые вызывают нарушения в работе нервной системы и приводят к различным наследственным заболеваниям. 

Система CRISPR/Cas9, или «генетические ножницы», за открытие которой в 2020 году американо-французский тандем молекулярных биологов Дженнифер Дудны и Эмманюэль Шарпантье получил Нобелевскую премию, может использоваться для исправления мутаций и помогает лечить наследственные заболевания. Однако у этой технологии есть недостаток — отсутствует возможность в определенное время остановить процесс исправления генома, если нужно изменить не все молекулы ДНК, а только их часть. Заболевания, вызывающие поражение нервной системы, нередко связаны не только с наличием нездорового гена, но и с его дуплицированием или мультиплицированием — увеличением числа копий. С помощью модифицированной направляющей РНК, которую и предложили в качестве решения ученые ИХБФМ СО РАН, открывается возможность избавить человека от некоторых болезней, обусловленных подобной особенностью. Необходимо сделать нерабочей одну копию, но вторую оставить без изменений. Систему нацеливают на этот ген и отключают после того, как она выполнит нужное действие. Для этого и был разработан метод фотовыключения CRISPR/Cas9.

Синтезатор ДНК-РНК новосибирской фирмы «Биоссет» Синтезатор ДНК-РНК новосибирской фирмы «Биоссет»

«Система геномного редактирования представляет собой нуклеопротеиновый комплекс, состоящий из двух компонентов: белок и нуклеиновая кислота — РНК. РНК адресует белок на определенный фрагмент ДНК, чтобы расщепить его в необходимом месте. Направляющая РНК, которую мы создали, содержит фоторасщепляемые линкеры — специальные химические соединения, чувствительные к свету. При облучении мягким ультрафиолетом в заданный момент времени они инактивируют РНК, при этом отключая систему геномного редактирования в нужной временной точке. Это дает возможность блокировать систему и оставить нетронутой вторую копию ДНК. Поскольку облучить светом нервные клетки внутри организма практически невозможно, систему можно будет использовать в формате ex vivo (вне организма): у пациента забирают часть клеток, редактируют геном в пробирке, а затем возвращают обратно», — рассказывает автор патента старший научный сотрудник лаборатории химии РНК ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Дарья Сергеевна Новопашина.

С помощью модифицированной направляющей РНК появляется возможность разрабатывать терапевтические средства для лечения некоторых наследственных, генетически обусловленных заболеваний: например, синдрома Шарко — Мари — Тута, который поражает периферическую нервную систему и приводит к деформации стоп и кистей, слабости и атрофии мышц конечностей. 

Исследователи полагают, что в перспективе с использованием технологии редактирования откроются способы воздействия на хромосомную патологию — синдром Дауна. «Уничтожение лишней хромосомы — серьезная и глобальная задача, мы еще не нашли решения этой проблемы. Но теоретические шаги в этом направлении вполне реальны», — отмечает Д. С. Новопашина. 

В 2019 году исследователи из ИХБФМ СО РАН получили грант Российского фонда фундаментальных исследований для изучения регуляции генов, в 2022 году грант Российского научного фонда, а также зарегистрировали патент на «Модифицированную направляющую РНК, обладающую способностью инактивировать систему редактирования генома CRISPR/Cas9, и способ ее получения». 

«Наука в Сибири» 

Фото Кирилла Сергеевича