CRISPR заставит биться сердца больных мышечной дистрофией Дюшенна

Дистрофин
ProteinBoxBot / Wikimedia Commons
Исследователи отредактировали клетки сердечной мышцы с мутациями, приводящими к развитию миодистрофии Дюшенна. При помощи системы CRISPR-Cas9 мутантные участки гена «выбросили» из мРНК, а из клеток с «исправленной» ДНК вырастили бьющуюся сердечную мышцу. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Ген DMD является самым большим в геноме человека и кодирует белок дистрофин — структурный белок, обеспечивающий связь мышечных волокон с окружающим матриксом. Нарушение синтеза дистрофина из-за стоп-мутаций в гене приводит к развитию прогрессирующей с возрастом мышечной дистрофии — заболевания, известного как миодистрофия Дюшенна. Помимо того, что больные со временем утрачивают способность ходить, у них также развивается кардиомиопатия — деградация сердечной мышцы, которая в итоге приводит к смерти человека в возрасте 20-30 лет.
Ген дистрофина имеет сложную структуру и содержит множество некодирующих участков, которые разделяют «значимые» области гена — экзоны. В процессе сплайсинга мРНК некодирующие участки вырезаются, а экзоны «склеиваются» друг с другом. Ген и его продукт очень большие (ген содержит 79 экзонов), и исследователи обнаружили, что удаление одного или нескольких экзонов приводит к образованию укороченного, но все еще функционального белка. Таким образом, экзон, в который попала стоп-мутация, можно выбросить, и это частично восстановит работу мышц. Такой подход к терапии миодистрофии, который называется «пропуск экзонов» (exon skipping), один из самых перспективных на сегодняшний день и проходит клинические испытания на пациентах, а один из препаратов был одобрен FDA.
Исследователи из Юго-Западного медицинского центра Университета Техаса (США) использовали для реализации «пропуска экзонов» систему CRISPR-Cas9. Удобство применения этой системы в данном случае определяется тем, что последовательности, указывающие белкам сплайсинга, где надо разрезать мРНК, содержат в себе PAM-мотивы для Cas9, определяющие мишени нуклеазы. Разрез в этой последовательности для конкретного экзона и последующая репарация по механизму негомологичного соединения концов, по которому по умолчанию «залечиваются» двухцепочечные разрывы в ДНК, приведет к тому, что экзон не будет узнаваться белками сплайсинга и не будет включаться в зрелую мРНК.
Так как у модельных мышей с миодистрофией кардиомиопатия не развивается, технологию проверили на человеческих кардиомиоцитах (клетках сердечной мышцы), которые были получены из стволовых клеток с различными нарушенными функциями дистрофина. Оказалось, что «пропуск экзонов» при помощи CRISPR-Cas эффективно восстанавливает экспрессию дистрофина в культуре клеток.
Свою технологию авторы работы назвали миоредактированием. Теоретически, она пригодна для доставки системы редактирования в сердечную мышцу пациентов при помощи вирусов (стандартное средство доставки в генотерапии), однако авторы рассматривают ее скорее как технологию для редактирования клеток пациента ex vivo с последующей имплантацией в сердечную мышцу. Технология редактирования клеток при помощи CRISPR-Cas9 вне тела пациента уже одобрена в Китае и США для лечения рака.
Освежить знания о принципах работы CRISPR-Cas9 можно в нашем материале.
Дарья Спасская