Американские исследователи разработали способ доставки компонентов системы CRISPR-редактирования генома в мозг мышей при помощи золотых наночастиц. Оказалось, что такой способ доставки позволяет вносить мутации в ДНК любых типов клеток в мозге, включая нейроны, астроциты и клетки микроглии. Чтобы продемонстрировать перспективность подхода для лечения нейроспецифичных заболеваний, авторы направили «золотую» CRISPR-систему в мозг аутичных мышей с синдромом хрупкой X-хромосомы и частично выключили ген глутаматного рецептора mGluR5, в результате чего симптомы заболевания у животных ослабли. Работа опубликована в Nature Biomedical Engineering.
Системы редактирования генома рассматриваются как перспективное средство исправления мутаций в геноме не только клеток и эмбрионов, но и взрослых организмов. Мы рассказывали, к примеру, что в прошлом году систему редактирования при помощи нуклеазы с «цинковыми пальцами» впервые испробовали на взрослом человеке с недостаточностью одного из печеночных ферментов (результаты этого эксперимента, который считается первой фазой зарегистрированного клинического испытания, включающего еще восемь участников, правда, пока не обнародованы). Среди прочих, на модельных животных отрабатываются подходы к терапии генетических заболеваний, связанных с нарушениями работы мозга. В этом случае компоненты системы редактирования можно целенаправленно локализовать в мозге.
Ранее ученые показали возможность доставлять компоненты системы редактирования генома CRISPR-Cas9 в мозг взрослых мышей при помощи адено-ассоциированного вируса, и с ее помощью отключили в нейронах сразу несколько генов. Однако использование вирусных частиц может вызвать иммунный ответ в организме, кроме того постоянная экспрессия компонентов системы редактирования может оказаться токсичной. По этим причинам исследователи из университета Техаса (США) и калифорнийской компании GenEdit выбрали в качестве средства доставки золотые наночастицы, к которым при помощи олигонуклеотидов «пришили» комплекс белка Cas9 или его аналога Cpf1 с направляющей РНК. Эта система доставки под названием CRISPR-Gold была опубликована учеными годом ранее и использовалась для редактирования ДНК в мышцах в качестве терапии миодистрофии Дюшенна.
На этот раз модельным заболеванием исследователи выбрали синдром хрупкой Х-хромосомы — наследственный синдром, вызванный мутацией в гене FMR1, которая приводит к накоплению повторов в ДНК. Эта мутация ответственна за два процента случаев расстройств аутистического спектра (РАС) у людей. При РАС, вызванных разными причинами, в том числе синдромом хрупкой Х-хромосомы, в мозге больных нередко наблюдается избыточное накопление глутаматного рецептора mGluR5, которое, вероятно, и вызывает часть симптомов, в частности, стереотипное поведение. Показано, что направленное снижение активности mGluR5 ослабляет признаки заболевания при синдроме хрупкой Х-хромосомы.
Прежде чем вводить CRISPR-наночастицы, «заряженные» против гена mGluR5 в мозг мышей, исследователи убедились на первичной культуре нейронов, что система не токсична для клеток. Затем ученые проверили на репортерном гене, что CRISPR-Gold выключает нужный ген в нейронах гиппокампа с эффективностью 20-30 процентов. На другой мышиной модели авторы показали, что система вносит разрывы в ДНК не только нейронов, но и в ДНК вспомогательных клеток — астроцитов и микроглии.
В основном эксперименте исследователи ввели мышам с делецией гена FMR1 (модель синдрома хрупкой Х-хромосомы) и контрольным мышам в стриатум частицы mGluR5-CRISPR для выключения гена mGluR5, чтобы снизить его экспрессию в этом отделе мозга. Оказалось, что в области инъекции ген выключился в 15 процентах клеток, что привело к снижению количества рецептора на 40-50 процентов.
Мыши с синдромом хрупкой Х-хромосомы демонстрируют стереотипное (повторяющееся) поведение, которое характерно и для людей с аутизмом. Аутичные мыши, в частности, могут в течение долгого времени рыть подстилку или прыгать. Оказалось, что частичное выключение рецептора у этих мышей нормализует поведение, в то время как у контрольных мышей это не приводит к каким-либо видимым последствиям.
По итогам экспериментов авторы работы заключили, что система доставки CRISPR-Gold эффективно работает в мозге, нетоксична и хорошо подходит для выключения отдельных генов или вырезания повторов в ДНК, накопление которых лежит в основе некоторых заболеваний, таких как болезнь Хантингтона или атаксия Фредрейха. Мы ранее рассказывали, что для прочтения РНК-полимеразой участков со множеством повторов в таких случаях ученые предлагали использовать синтетические ДНК-связывающие молекулы.
Дарья Спасская