Результаты, представленные Черчем и его командой исследователей из Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете и Гарвардской медицинской школы по естественным методам, показывают многообещающую возможность разработки точных генных методов лечения для предотвращения и лечения заболеваний с помощью настраиваемых и индивидуализированных методов лечения. Уровень, который имеет решающее значение, учитывая тот факт, что болезни развиваются разными путями среди генетически различающихся людей. Член факультета Wyss Core Джим Коллинз, доктор философии, также был соавтором статьи.
Коллинз также является профессором медицинской инженерии Анри Термеера. Наук, профессор кафедры биологической инженерии Массачусетского технологического института.Подход использует белок Cas9, который уже использовался в качестве швейцарского армейского ножа для геномной инженерии, новым способом. Белок Cas9 можно запрограммировать на связывание и расщепление любого желаемого участка ДНК — но теперь новый подход Черча активирует гены, с которыми связывается Cas9, а не расщепляет их, заставляя их активировать транскрипцию для экспрессии или подавления желаемых генетических признаков.
И, сконструировав Cas9 для слияния с тройным фактором транскрипции, Черч и его команда могут надежно манипулировать одним или несколькими генами для контроля экспрессии генов.«С точки зрения генной инженерии, чем больше ручек вы можете повернуть, чтобы контролировать проявление генетических признаков, тем лучше», — сказал Черч, член факультета Wyss Core, который также является профессором генетики в Гарвардской медицинской школе и профессором медицинских наук. и технологии в Гарварде и Массачусетском технологическом институте. «Эта новая работа представляет собой большой, совершенно новый класс регуляторов, которые мы могли бы использовать для управления множеством генов и, следовательно, влиять на то, выражаются ли определенные генетические черты и в какой степени — мы могли бы существенно повышать или понижать экспрессию генов с большой точностью. . "Такая возможность могла бы привести к генной терапии, которая смягчила бы возрастную дегенерацию и начало болезни; В ходе исследования Черч и его команда продемонстрировали способность манипулировать экспрессией генов в культурах клеток дрожжей, мух, мышей и человека.«Мы предполагаем использовать этот подход для исследования и создания всеобъемлющих библиотек, которые документируют, какие генные цепи контролируют широкий диапазон экспрессии генов», — сказал один из ведущих авторов исследования Алехандро Чавес, доктор философии, научный сотрудник Института Висс.
Джонатан Шиман, доктор философии из Института Висса и Гарвардской медицинской школы, и Сухани Вора из Института Висса, Массачусетского технологического института и Гарвардской медицинской школы также являются ведущими соавторами исследования.
Новый подход Cas9 может также потенциально нацеливаться и активировать участки генома, состоящие из генов, которые не отвечают напрямую за транскрипцию и которые ранее были плохо изучены. Эти участки, которые составляют до 90% генома человека, ранее считались генетиками бесполезной «темной материей» ДНК. В отличие от транслированной ДНК, которая содержит рецепты генетической информации, используемой для выражения признаков, эта темная материя ДНК содержит транскрибированные гены, которые действуют таинственным образом, причем некоторые из этих генов часто оказывают влияние в тандеме.Но теперь к этой темной материи ДНК можно получить доступ с помощью Cas9, что позволяет ученым задокументировать, какие нетранслируемые гены могут быть активированы в тандеме, чтобы влиять на экспрессию генов.
Кроме того, эти нетранслируемые гены можно также превратить в своего рода док-станцию. Используя Cas9 для нацеливания и связывания генных цепей с этими участками, ученые могут ввести синтетические петли генов в геном, тем самым запуская совершенно новые или измененные экспрессии генов.Возможность манипулировать несколькими генами в тандеме с такой точностью также имеет большое значение для развития инженерии стволовых клеток для разработки органов трансплантации и регенеративных методов лечения.
«Чтобы вырастить органы из стволовых клеток, наше понимание биологии развития должно быстро расти», — сказал Черч. «Этот многовариантный подход позволяет нам быстро обрабатывать и анализировать большое количество комбинаций генов, чтобы определить пути развития намного быстрее, чем это было возможно раньше».Чтобы продемонстрировать эту точку зрения, исследователи использовали его для выращивания нейронных клеток головного мозга из стволовых клеток и обнаружили, что использование этого подхода к программированию развития нервных клеток было в 40 раз более успешным, чем известные ранее методы. Это первый случай, когда Cas9 был использован для эффективной дифференциации стволовых клеток в клетки мозга.Новый подход также совместим для использования в сочетании с другими технологиями редактирования генов.
Черч и его команда ранее совершили прорыв, разработав механизм редактирования генов для терапевтических применений и генов для изменения признаков у видов растений и животных.«Этот новейший инструмент в арсенале геномной инженерии Cas9 предлагает новый мощный способ управления функциями клеток и тканей, который может произвести революцию практически во всех областях науки и медицины, от генной терапии до регенеративной медицины и борьбы со старением», — сказал директор-основатель Института Висс.
Дональд Ингбер, доктор медицины, доктор философии, который также является профессором биологии сосудов Гарвардской медицинской школы и Бостонской детской больницы Джуды Фолкмана, а также профессором биоинженерии в Гарвардском университете SEAS.