Редактирование генов уже используется для лечения нескольких редких генетических заболеваний; однако большинство методов лечения предполагают разрушение или инактивацию генов. Точное исправление мутаций, вызывающих болезни, гораздо сложнее. Это особенно касается печени, важного органа, который можно было бы использовать для лечения около 700 генетических заболеваний.

Чтобы решить эту проблему, исследователи из Медицинского колледжа Бейлора и Университета Райса разработали новый метод генной терапии под названием Repair Drive. Эта технология значительно увеличивает количество правильно восстановленных клеток в печени, одновременно устраняя клетки с неправильными правками.

Результаты, представленные в текущем выпуске Science Translational Medicine , используют мышиные модели, сфокусированные на клетках печени, называемых гепатоцитами. Repair Drive дает селективное преимущество восстановленным гепатоцитам с целевой вставкой гена, позволяя этим здоровым клеткам делиться и регенерировать печень.

«Печень обладает этой врожденной способностью к регенерации, которой нет у многих других тканей; однако одним из самых больших препятствий является редактирование достаточного количества клеток. Например, гомологически направленная репарация (HDR) является предпочтительным путем исправления генов, но она активна только примерно в 1% клеток печени, которые активно делятся. Это ограничение сделало практически невозможным исправление генетических мутаций в значительной части печени», — сказал доктор Уильям Лагор, профессор интегративной физиологии в Бэйлоре и старший автор исследования.

«Наш подход заключается в том, чтобы взять этот небольшой процент точно восстановленных клеток и дать им повод делиться, чтобы они могли заменить нездоровые клетки печени ».

Ключевой особенностью Repair Drive является использование малой интерферирующей РНК (siRNA) для устранения нездоровых клеток. Исследователи использовали siRNA для временного ингибирования важного гена, который необходим для выживания гепатоцитов.

Repair Drive использует редактирование генов для установки перекодированной версии этого необходимого гена вместе с терапевтическим геном. При этом неотредактированные или неправильно отредактированные клетки постепенно погибают, создавая пространство для деления правильно отремонтированных клеток. Исследователи обнаружили, что Repair Drive может увеличить количество точно отремонтированных клеток до более чем 25% с ~1% печени в мышиных моделях.

«Представьте себе двор, полный сорняков — это как больная печень. Сорняки — это клетки, которые не экспрессируют ген, который они должны экспрессировать», — объяснил Лагор. «Используя Repair Drive, мы приходим и уничтожаем сорняки или нездоровые клетки. Поступая так, мы по сути создаем пространство для роста новых пробок травы (т. е. исправленных клеток) и создания нового газона. Мы также приложили много усилий, чтобы гарантировать, что уничтожение сорняков происходит только в течение короткого периода времени, и что газон остается здоровым в долгосрочной перспективе».

Это исследование является результатом совместной работы с лабораторией доктора Ган Бао в Университете Райса, где секвенирование и биоинформатический анализ сыграли решающую роль в обеспечении точности редактирования генов.

«Нам пришлось разработать новые методы для обнаружения и количественной оценки не только нецелевого редактирования, но и широкого спектра генных правок в предполагаемом целевом участке. Многие люди не знают о сложностях выполнения целевой вставки генов. Существует множество непреднамеренных правок, которые могут произойти, включая крупные делеции, крупные вставки и хромосомные аберрации», — объяснил Бао.

«Ключевым открытием стало то, что Repair Drive не только увеличил количество точно восстановленных ячеек, но и уменьшил долю ячеек с неправильными правками».

Бао — профессор биоинженерии в Rice’s Foyt Family, профессор химии, материаловедения и наноинженерии, машиностроения, а также научный сотрудник Института профилактики и исследований рака Техаса. Лагор — профессор кафедры интегративной физиологии в Бейлоре, получивший стипендию Кайла и Жозефины Морроу, а также член Центра клеточной и генной терапии. Они оба давно сотрудничают в области доставки генов и редактирования генома.

«Мы не просто сосредотачиваемся на одном заболевании, а предлагаем решение, которое можно применить к широкому спектру состояний, вызванных генетическими мутациями в печени», — сказал старший автор Лагор.

«В нашем подходе для доставки CRISPR/Cas9 использовались аденоассоциированные вирусы (AAV). Однако мы считаем, что платформа Repair Drive имеет огромный потенциал. Она должна быть адаптируема к другим системам доставки, а также к стратегиям редактирования. Необходимо провести гораздо больше исследований, чтобы перенести это из лаборатории в клинические условия , но потенциал лечения широкого спектра заболеваний печени с помощью этого подхода очень интересен».