Китайские ученые добились значительного прогресса в редактировании генов, разработав новый способ терапии заболеваний, которые невозможно вылечить существующими методами. Новые инструменты, которые называют редакторами митохондриальной ДНК, могут «исправлять генетические ошибки» на внутриклеточном уровне. Исследования редакторов, которые проводились на крысах с дефектами митохондриальной ДНК, подтвердили эффективность новой методики. Группа ученых из Восточно-Китайского педагогического университета и лаборатории Lingang пришла к выводу, что усовершенствование редакторов митохондриальной ДНК позволит разработать методы терапии неизлечимых заболеваний, предусматривающие вмешательство на генном уровне.

Мутации митохондриальной ДНК связаны с несколькими генетическими заболеваниями. К ним относят наследственную оптическую нейропатию Лебера (сопровождается повышенным риском потери зрения), синдром Лея (неврологическое расстройство) и митохондриальную энцефаломиопатию (может вызывать инсультоподобные эпизоды и мышечную слабость). Ученые отмечают, что исправление мутаций в митохондриальной ДНК, распространенность которых в мире составляет примерно один случай на 5 тысяч человек, является сложной задачей.

Терапия на основе передовой технологии редактирования генов (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – CRISPR) является перспективным жизнеспособным методом лечения заболеваний, вызванных мутациями в ДНК внутри ядра клетки. Однако ее применение затрудняется особенностями структуры митохондрий. Основным фактором развития многих наследственных заболеваний являются специфические точечные мутации, которые сопровождаются изменением, удалением или добавлением одного нуклеотида или короткого фрагмента ДНК, состоящего из оснований аденина, тимина, цитозина и гуанина.

Клинические проявления заболеваний, как правило, наблюдаются при мутации более 50% митохондриальной ДНК (мтДНК). Это создает сложности не только при составлении схем лечения болезней, но и при создании соответствующих моделей для животных, имитирующих эти заболевания, из-за необходимости редактирования большого количества мтДНК. В большинстве клеток есть только две копии генома с одним набором хромосом, унаследованным от каждого родителя, но некоторые клетки могут иметь от одной до двух тысяч митохондрий с собственными копиями ДНК. Существующие редакторы мтДНК (аденин-гуанин), которые вносят точечные изменения, демонстрируют недостаточную эффективность, поэтому команда ученых искала альтернативные варианты.

В одной из статей, которая готовилась совместными усилиями исследователей из Шанхайского технологического университета, компании BRL Medicine и Пекинского университета, были описаны новые редакторы мтДНК с эффективностью до 87%. Они позволяли осуществлять внутриклеточное редактирование, одновременно снижая риск нецелевых мутаций у людей. Используя собственный редактор, команда вырастила крыс с нарушениями слуха, вызванными мутациями мтДНК, и подтвердила, что редактирование может достигать порога мутации, необходимого для возникновения симптомов заболевания. Ученые считают, что изучение моделей, связанных с мтДНК, на животных (в частности, нейросенсорной тугоухости) поможет получить ценную информацию для дальнейших исследований.

Кроме этого, была создана модель синдрома Лея путем инъекции редакторов адениновых оснований мтДНК в эмбрионы крыс. Синдром Лея – это опасная наследственная неврологическая патология, которая проявляется в течение первого года жизни ребенка и сопровождается нарушением двигательных и умственных способностей. У крыс были диагностированы пороки сердца и нарушения мышечной функции, отражающие симптомы заболеваний у людей. Исследователи отметили, что усовершенствованный редактор мтДНК проявил высокую специфичность в создании патогенных мутаций в эмбрионах крыс и достиг высокой частоты точечных мутаций для моделирования синдрома Лея.

Для исправления мутации в эмбрионы крыс с синдромом Лея был введен редактор цитозиновых оснований мтДНК, преобразующий цитозин в тимин. В результате около 53% дефектной мтДНК удалось преобразовать в здоровую мтДНК без мутаций, что поспособствовало улучшению мышечной и сердечной функций у животных. Команда подчеркнула, что на момент проведения исследований отсутствовали публикации по практическому применению метода прямой коррекции мутаций мтДНК на животных.

По мнению ученых, полученные результаты могут стать фундаментом для дальнейших исследований заболеваний, связанных с мтДНК, и разработки новых методов лечения посредством коррекции точечных мутаций. «Исследование демонстрирует перспективный метод лечения, однако направление, охватывающее редактирование оснований мтДНК, все еще находится на начальном этапе развития. Нам предстоит пройти долгий путь, прежде чем можно будет приступить к клиническому применению методики», – заявили ученые.

По материалам scmp.com