Редактирование генома позволило создать ящериц-альбиносов

Ученые отредактировали ДНК незрелых неоплодотворенных яйцеклеток коричневых анолисов (Anolis sagrei) с помощью CRISPR/Cas9, сообщается в Cell Reports. В результате появились ящерицы-альбиносы, которые стали первыми рептилиями с отредактированным геномом. Раньше их не удавалось получить, поскольку редактируют только что оплодотворенные яйцеклетки, а анолисы и ряд других пресмыкающихся хранят сперму самцов в яйцеводах долгое время, поэтому время слияния гамет сложно предсказать. Препринт статьи в конце марта выложили на сервер biorxiv.org, тогда же о нем писал Science, однако данные прошли рецензирование только сейчас.

Редактирование генома с помощью CRISPR в последние годы используется повсеместно, и его эффективность растет. Если в 2015 году китайские ученые смогли внести желаемые изменения лишь в четыре из 86 нежизнеспособных человеческих зигот (4,7 процента), то в 2019 году верно отредактировать удалось уже до 93 процентов клеток в зависимости от конкретной части тела — правда, на этот раз у пчел.

Изменение последовательности нуклеотидов в ДНК у млекопитающих с помощью этого метода уже практически стало рутиной. CRISPR/Cas9 вводят в оплодотворенные яйцеклетки (зиготы), чтобы отредактировать и материнские, и отцовские копии целевого гена. Однако у рептилий дело обстоит сложнее. У ящериц сперма после копуляции долгое время находится в яйцеводах, но оплодотворения при этом не происходит. Поэтому предугадать, когда нужно вводить CRISPR-систему, трудно.

Исследователи из Университета Джорджии во главе с Дугласом Менке (Douglas B. Menke) попробовали редактировать неоплодотворенные незрелые яйцеклетки коричневых анолисов (Anolis sagrei). В теории, если CRISPR/Cas9 ввести в такие ооциты, система изменит последовательность нуклеотидов только в материнских копиях целевого гена — ведь отцовских там еще нет. Тем не менее, изменения в таком случае можно было бы выявить секвенированием ДНК или электрофорезом в полиакриламидном геле.

Именно так ученые и поступили: через надрезы в стенках брюшной полости они получили доступ к яичникам 21 самки коричневого анолиса и ввели белки системы CRISPR/Cas9 суммарно в 146 незрелых яйцеклеток, чей размер не превышал 5 миллиметров (инъекция в более крупные ооциты могла бы разорвать их). После инъекции CRISPR/Cas9 и восстановительного периода самкам дали возможность контактировать с самцами, чтобы те оплодотворили отредактированные ооциты.

Мишенью системы редактирования был ген tyr, который отвечает за окраску ящериц — исследователи планировали вывести его из строя. Животные, у которых обе копии tyr нерабочие, не имеют пигмента в коже и радужках, то есть они — альбиносы. Анолисы, как и млекопитающие, имеют область в сетчатке, которая особенно чувствительна к отсутствию ряда пигментов и при альбинизме не работает как надо, поэтому анолисы-альбиносы плохо видят, и это можно выявить поведенческими тестами.

Электрофорез в полиакриламидном геле и секвенирование гена tyr у потомства показали, что всего 9 ящериц несут мутации в этом гене, которые нарушают его работу. У пяти животных делеции (выпадения участков) обнаружили только в одной из двух копий tyr — по всей видимости, материнской. Однако еще у четырех ящериц изменены были обе копии. Эти анолисы были альбиносами и плохо видели. Такие результаты показывают, что CRISPR/Cas9 долго сохраняет способность редактировать ДНК. У четырех анолисов-альбиносов система «дождалась» появления отцовских копий tyr и изменила их.

Хотя эффективность редактирования оставляет желать лучшего — в данном исследовании она составила чуть более шести процентов (9 из 146), исследователи довольны и таким результатом. Ведущий автор, Дуглас Менке, отмечает: «Никто до нас еще не смог успешно провести подобные манипуляции на рептилиях. Сообщество специалистов по генетике развития рептилий невелико, так что мы надеемся внедриться в эту интересную и малоисследованную область и успешно работать в ней».

Коричневых анолисов выбрали в качестве объекта исследования из-за строения их сетчатки. Как было сказано выше, в ней есть область, которая особенно страдает от недостатка пигмента. В этом смысле данные ящерицы похожи на людей, так что получая анолисов-альбиносов, учёные надеются лучше понять причины ухудшения зрения у людей-альбиносов.

Спектр применения системы CRISPR/Cas непрерывно расширяется. На днях появилось сообщение, что сотрудники Массачусетского технологического института и Гарвардского университета применили ее для управления гидрогелем, частицы которого находятся в сети из нитей ДНК. Разрезая эти сети, CRISPR давала возможность шарикам гидрогеля двигаться — а вместе с ними перемещались и их грузы. Такой ДНК-гидрогель можно будет использовать для адресной доставки лекарств или даже целых клеток к конкретным органам и тканям.

Светлана Ястребова