Этот метод, успешно протестированный на клетках сердечной мышцы пациентов, предлагает эффективную альтернативу сложной задаче разработки индивидуального молекулярного лечения каждой генной мутации, вызывающей МДД. Это также открывает возможные новые подходы к лечению других заболеваний, которые до сих пор требовали более интрузивных методов для исправления мутаций одного гена.
Ученые говорят, что новая стратегия повышает точность хирургического редактирования генома человека, исправляя ошибки в последовательности ДНК, которые вызывают разрушительные заболевания, такие как МДД, смертельное состояние, вызванное дефектами гена дистрофина. Обычно белок дистрофин помогает укрепить мышечные волокна.«Это значительный шаг», — сказал д-р Эрик Олсон, директор Центра регенеративной науки и медицины Хамона Юго-Западного университета штата Калифорния. «Мы надеемся, что этот метод в конечном итоге облегчит боль и страдания, возможно, даже спасет жизни пациентов с МДД, которые имеют широкий спектр мутаций и, к сожалению, не имеют других вариантов лечения для устранения основной причины заболевания».
Усовершенствования CRISPRВ исследовании, опубликованном в Science Advances, документально подтвержден успех нового метода редактирования генов CRISPR, разработанного для лечения мышечной дистрофии Дюшенна (МДД).
Новая стратегия потенциально может исправить большинство из 3000 типов мутаций, вызывающих МДД.
Для этого требуется только один разрез в стратегических точках ДНК пациента, и он менее навязчив, чем традиционные методы редактирования генов.12 направляющих РНК, разработанных для поиска «горячих точек» мутаций в гене дистрофина, помогли восстановить сердечную функцию до почти нормального уровня в ткани сердечной мышцы человека.Работа основана на предыдущих исследованиях CRISPR доктора Эрика Олсона, включая исследования 2014, 2016 и 2017 годов.
Исследование, которое является обложкой журнала Science Advances в этом месяце, основано на предыдущих исследованиях доктора Олсона, в которых CRISPR-Cas9 исправил мутацию одного гена, которая вызвала МДД у мышей. Новое исследование демонстрирует, как можно исправить широкий спектр мутаций в клетках человека путем устранения аномальных сайтов сплайсинга в геномной ДНК.
Эти сайты сплайсинга дают команду генетическому механизму строить аномальные молекулы дистрофина, но как только ген успешно отредактирован, он экспрессирует значительно улучшенный белковый продукт дистрофина, усиливая функцию мышечной ткани.«Фактически, мы обнаружили, что коррекции менее половины кардиомиоцитов (клеток сердечной мышцы) было достаточно для восстановления сердечной функции до почти нормального уровня в сердечной ткани, созданной человеком», — сказал доктор Чэнцзу Лонг, ведущий автор исследования, и Доцент медицины Нью-Йоркского университета Langone Health.Смертельные дефекты
МДД — редкое заболевание, поражающее в первую очередь мальчиков, и вызвано дефектами гена, вырабатывающего белок дистрофин. Эти дефекты, которые могут повлиять на любой из 79 экзонов, составляющих ген, приводят к дегенерации скелетных и сердечных мышц, заставляя пациентов садиться в инвалидные коляски и, из-за дегенерации мышц грудной стенки, необходимых для дыхания, в конечном итоге на респираторы. Большинство пациентов умирают к 30 годам. Лечение не разработано.
Заболевание является одним из многих состояний, которые ученые надеются вылечить с помощью недавно разработанного инструмента редактирования генов CRISPR-Cas9, в котором цепь РНК направляет фермент Cas9 на разрезание определенной части ДНК.Ожидается, что в ожидании одобрения федерального правительства в этом году начнутся клинические испытания в США, включающие редактирование генов CRISPR, начиная с заболеваний крови, поскольку исследователи продолжают изучать лучшие методы для максимизации эффективности и снижения вероятности непреднамеренного редактирования генома.Точное редактирование
Лаборатория доктора Олсона потратила много времени на разработку и тестирование различных направляющих РНК (рибонуклеиновых кислот), которые могут вести фермент Cas9 точно к 12 назначенным сайтам сплайсинга и избегать ошибочных изменений. Эти сайты стали мишенью, потому что они расположены в «горячих точках» гена дистрофина, где происходит до 60 процентов мутаций, вызывающих заболевание.«Это новая концепция», — сказала д-р Ронда Бассел-Дуби, соавтор исследования и профессор молекулярной биологии в Юго-Западном Юта. «Мы не только нашли практический способ лечения многих мутаций, но и разработали менее разрушительный метод, который пропускает дефектную ДНК вместо ее удаления.
Геном хорошо структурирован, и вы не хотите удалять ДНК, которая потенциально может быть важной. . "По словам доктора Олсона, стратегия редактирования с одним разрезом может быть полезна для лечения других заболеваний, связанных с одним геном. Однако вовлеченные гены должны быть способны функционировать, если определенные экзоны удалены из рецепта белка.
«Дистрофин подобен большому амортизатору; можно удалить несколько витков пружин. С другими белками может быть не так просто», — сказал д-р Олсон, содиректор Центра исследований мышечной дистрофии Wellstone, профессор и председатель. молекулярной биологии в Юго-Западном UT.’Настоящая надежда’
Лаборатория доктора Олсона продолжит тестирование метода, чтобы убедиться, что он не имеет побочных эффектов, а также будет искать способы повышения точности направляющих РНК. Тем временем эта работа породила новую биотехнологическую компанию Exonics Therapeutics Inc., которая работает над дальнейшей оптимизацией и расширением подхода к дополнительным мутациям МДД, а также другим нервно-мышечным заболеваниям. Exonics получила лицензию на технологию у UT Southwestern.«Это крупный шаг вперед», — сказал доктор Бассель-Дуби. «Было предложено много различных методов лечения, но этот дает реальную надежду на продление и улучшение качества жизни пациентов».
Некоторые из этих пациентов уже воочию увидели, как редактирование генов может исправить дефекты в их клетках. Доктор Джей Шнайдер, соавтор исследования, вспоминает первого пациента с МДД, который несколько лет назад пожертвовал клетки для исследования.Пациент, уже находящийся в инвалидном кресле, посетил лабораторию и с изумлением наблюдал, как его собственные мышечные клетки бьются в культуральной чашке после корректирующего редактирования.«Это был невероятно вдохновляющий момент не только для этого потрясенного пациента, но и для всей клинической и научной команды», — сказал доктор Шнайдер, доцент кафедры внутренней медицины и кафедры сердечного ритма Далласа в Юго-Западном Юго-Западном Юта. «Перенести медицинские проблемы, такие как МДД, от пациента к лабораторному столу, а затем обратно к пациенту — вот видение, и эти новые технологии редактирования генов делают это видение реальностью».
Об исследованииОлсон занимает почетную кафедру Pogue в исследованиях сердечных врожденных дефектов, заслуженную кафедру Роберта А. Уэлча в области науки и профессуру Энни и Уилли Нельсон в области исследований стволовых клеток.
Он также является научным основателем Exonics Therapeutics, созданной в феврале 2017 года для продвижения и коммерциализации своих исследований.Другими исследователями Юго-Западного штата Юго-Запад, которые внесли свой вклад в это исследование, были доктор Хуэй Ли, научный сотрудник, соавтор этого исследования; Кристина Родригес-Кайседо, доктор Виктория Кириченко, доктор Хуанью Чжоу, Ю Чжан, И-Ли Минь, Джон Шелтон и доктор Прадип Маммен. Соавторы статьи Science Advances включали д-р. Вольфрам-Хубертус Циммерманн, Мальте Тибурси и Норман Лиау из Гёттингенского университета имени Георга Августа.
Исследование было частично поддержано грантами Национального института здравоохранения, Центра исследований мышечной дистрофии сенатора Пола Д. Уэллстона и Фонда Роберта А. Уэлча.Некоторых исследователей поддерживают Немецкий центр сердечно-сосудистых исследований, Федеральное министерство науки и образования Германии, Немецкий исследовательский фонд и Фонд Leducq.
Заявления о раскрытии информации: д-р Эрик Олсон и д-р Ронда Бассел-Дуби являются консультантами и имеют лицензионные и инвестиционные интересы в Exonics Therapeutics. Доктор Эрик Олсон, доктор Ронда Бассел-Дуби, Джон Шелтон, Ю Чжан и И-Ли Мин имеют лицензию на Exonics Therapeutics.
Исследование включает в себя другие раскрытия информации.