Редактирование генома спасло мышей от синдрома Ангельмана

Редактирование генома белком Cas9 помогло предотвратить развитие болезни Ангельмана у мышей, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature. Встройка конструкции с геном Cas9 в геном мыши подавила работу болезнетворного гена UBE3A-ATS в нейронах эмбрионов мышей, что позволило их мозгу нормально развиваться, а мышам — проходить поведенческие тесты на психические заболевания.

Синдром Ангельмана — это нейродегенеративное заболевание, от которого страдает примерно каждый десятитысячный человек. Его еще называют «синдромом счастливой куклы» из-за характерных отрывистых движений рук и частого смеха. У больных также наблюдаются задержка в психическом развитии и эпилепсия.

Ключевая причина развития синдрома Ангельмана — это мутация в гене UBE3A на материнской хромосоме в нейронах. Продукт этого гена участвует в расщеплении избыточных для нейронов белков. Если ген UBE3A не работает, в нервных клетках накапливаются лишние белки и мешают нормальному развитию. Поскольку все генетические варианты присутствуют в клетках человека в двойном варианте (на материнской и отцовской хромосоме), существуют механизмы подавления их чрезмерной экспрессии. В парной отцовской хромосоме и в норме, и при синдроме Ангельмана работа гена UBE3A подавляется длинной некодирующей РНК UBE3A-ATS. 

Исследователи из университета Северной Каролины в Чапел-Хилл под руководством Марка Зилка (Mark J. Zylka) предположили, что разблокировка второй работающей копии гена UBE3A (отцовской) может предотвратить развитие синдрома Ангельмана даже при мутации в материнской копии. Для этого они решили нарушить ген блокатора — UBE3A-ATS.

Чтобы нарушить UBE3A-ATS, исследователи использовали самый популярный инструмент геномного редактирования — белок Cas9 вместе с гайдовой РНК. гРНК направляет комплекс к комплементарной последовательности, а Cas9 делает разрез в геноме. Биологи создали около 260 гРНК, которые были комплементарна разным участкам UBE3A-ATS или генам вокруг него.

Оказалось, что в культурах корковых нейронов эффективнее всего Cas9 работал в комплексе с гРНК, которые были комплементарны участкам генов внутри UBE3A-ATS. Тогда исследователи встроили в геном мышей с синдромом Ангельмана конструкцию, которая совмещала гены Cas9 и самой эффективной гРНК. Для доставки генетической конструкции в ядро ученые использовали вирусную частицу, которой заразили эмбрионы мыши. Встройка такой конструкции в мышиный геном позволила комплексу работать в клетках постоянно.

Геномное редактирование действительно повысило экспрессию гена UBE3A в коре мозга, гиппокампе и спинном мозге (р < 0,001). Также мыши с синдромом Ангельмана после редактирования частично восстановили нормальный вес тела и мозга (у мышей с этим синдромом часто наблюдается избыточный вес и макроцефалия). А чтобы проверить поведение «спасенных» мышей, ученые провели ряд тестов: тест на поднятие туловища, пока мышь висит на хвосте, тест на поведение в открытом поле и тест на зарывание предметов в опилках. Эти тесты направлены на исследования депрессивного, исследовательского и обсессивно-компульсивного поведения соответственно. Мыши много выходили в центр поля и вполне справились с тестом на депрессию, но в тесте на закапывание предметов улучшения не показали.

Так исследователи выяснили, что геномное редактирование эффективно для лечения синдрома Ангельмана. Это лечение долгосрочно и не требует частых инъекций, как предыдущие медикаментозные методы, что важно для заболевания, которое остается с пациентами на всю жизнь.

Геномное редактирование применяют и в поисках лечения других психических расстройств. Недавно биологи исправили дефект в работе кальциевых каналов клеток пациентов, предрасположенных к шизофрении и расстройствам аутистического спектра. Для этого они создали стволовые клетки пациентов, перепрограммировали их в нейроны и отредактировали поломанный ген.

Анна Муравьева