Редактирование генома позволило мышам с прогерией дожить до старости

Редактор оснований на основе системы CRISPR/Cas использовали для терапии прогерии Хатчинсона-Гилфорда — это самая известная из болезней ускоренного старения. В результате экспериментальные мыши прожили в два с лишним раза больше, чем их сородичи без лечения, а их аорта — которая сильнее многих других органов страдает от этой болезни — стала по некоторым показателям неотличима от аорты здоровых мышей. Побочным эффектом от терапии у нескольких животных стала опухоль печени, однако пока нет причин считать, что этот эффект будет воспроизводиться у людей, говорится в работе, опубликованной в Nature.

Дэвид Лю (David Liu) из Гарвардского университета известен как один из разработчиков системы CRISPR/Cas9 для редактирования генома. Но на этом достижении он не остановился, и с тех пор каждый год его команда показывает новые, усовершенствованные системы для переписывания ДНК. В 2017 году это были редакторы оснований — системы, которые позволяют точечно заменить одну «букву» в тексте ДНК на другую. В 2019-м это был метод праймированного редактирования, который, по словам создателей, работал точнее и безопаснее «обычной» системы CRISPR/Cas. В 2020-м Лю и его коллеги первыми научились редактировать ДНК внутри митохондрий (мы рассказывали об этом в материале «Терапия зла»).

Теперь группа Лю опубликовала отчет о применении одной из своих первых разработок против тяжелой наследственной болезни — прогерии Хатчинсона-Гилфорда. Она вызвана тем, что один из белков ядерного «скелета» — ламин А — получается длиннее положенного и из-за этого застревает в мембране клеточных ядер. Сами ядра от этого деформируются, а ДНК внутри них чаще ломается. Поэтому больные прогерией уже в раннем детстве страдают многими возрастными болезнями (например, облысением, артритом и атеросклерозом) и живут в среднем около 14 лет.

Причиной этой болезни служит точечная мутация в гене ламина А: вместо цитозина в одной из позиций оказывается тимин. Это классическая ситуация, в которой может помочь редактор оснований: модифицированная система CRISPR/Cas, которая не разрезает обе нити ДНК, а напрямую меняет «неправильный» нуклеотид. Для начала Лю и коллеги проверили свою систему на клетках соединительной ткани, взятых из организма пациентов с прогерией. Оказалось, что за десять дней их метод способен «починить» около 85 процентов клеток в культуре. При этом нежелательных промахов появилось мало: редактор оснований промахнулся меньше, чем в 0,1 процента случаев.

Тогда исследователи перешли к работе на мышах. Поскольку сами по себе мыши прогерией не болеют, ученым пришлось использовать трансгенных животных, которые несут в своих клетках дополнительные копии гена человеческого ламина А с характерными мутациями. Их геном редактировали in vivo: аденовирусный вектор с компонентами системы редактирования ученые вводили в кровь 3-дневным и 14-дневным животным. Во втором случае починка ДНК прошла более успешно — вероятно, потому что мыши были крупнее, чем на третий день жизни, и поэтому получали больше аденовирусных векторов.

Процент отредактированных генов в разных органах у мышей, которые получили инъекцию на 3-й (слева) или 14-й (справа) день жизни.

В среднем удалось починить от 10 до 60 процентов клеток в зависимости от конкретной ткани (не все они отреагировали одинаково). Однако исследователи заметили, что в течение шести недель после инъекции количество отредактированных клеток в тканях выросло. Они предлагают объяснять это тем, что редактирование продолжается еще какое-то время после введения системы в клетку — или тем, что «исправленные» клетки становятся успешнее прочих и размножаются, выживая «сломанных» соседей из ткани.

Похожая ситуация сложилась и на клеточном уровне. Даже там, где эффективность редактирования оказалась невысокой — например, в жировой ткани 14-дневных мышей она составила всего около 4 процентов — доля мутантного белка упала на 31 процент. Авторы работы предполагают, что «исправленные» клетки начали активнее пользоваться своими генами, чем их мутантные соседи, и производить больше «здорового» белка — и поэтому концентрация мутантного белка в ткани стала ниже.

Наконец, на физиологическом уровне редактирование тоже оказалось эффективным. У мышей, которые получили укол на 14-й день жизни, толщина стенки аорты и количество мышечных клеток в ней — два главных показателя здоровья сосуды — достигли нормальных значений. И прожили эти мыши дольше положенного: если от нелеченной прогерии они умирали в среднем в 189 дней, то после инъекций на 3-й или 14-й день жизни — в 337 и 510 дней соответственно. Для лабораторной мыши это солидный возраст: у здоровых животных в это время начинается период старости.

Слева - стенка аорты у мышей, получивших инъекцию на 14-й день жизни. Красные стрелки указывают на дегенеративные изменения, зеленые - на положительные. Справа - количество гладкомышечных клеток в стенке и площадь поверхности соединительной ткани у здоровых мышей (WT), больных прогерией и получивших укол плацебо (saline) или полноценную терапию (ABE).

Правда, у нескольких животных на вскрытии обнаружили опухоль печени. И авторы работы не исключают, что новообразования могли стать следствием лечения — если аденовирусный вектор встроился в геном в неположенном месте. Однако у людей, которые проходят генную терапию от других болезней с помощью аденовирусных векторов, до сих пор таких побочных эффектов не встречали. Поэтому есть вероятность, что этот эффект специфичен именно для мышей.

Несмотря на то, что авторы работы пока не предлагают переходить к испытаниям своего метода на людях, они отмечают, что у него есть несколько плюсов. Во-первых, он не требует редактирования генома на эмбриональной стадии — эти технологии пока остаются спорными (об этом мы писали в тексте «В будущее возьмут не всех»). Во-вторых, он позволяет вводить редакторы оснований через несколько лет после рождения (по словам исследователей, 14 дней для мыши соответствуют 5-6 годам у человека), а значит, ребенок успеет получить окончательный диагноз. В-третьих, эффект от такой терапии иногда оказывается непропорционально большим — как, например, в аорте, где 25 процентов отредактированных клеток позволяют полностью компенсировать дефекты в стенке сосуда. Это значит, что можно не гнаться за стопроцентной эффективностью. Наконец, Лю и коллеги полагают, что их технология может дать еще более выраженный результат, если его совмещать с другими методами лечения прогерии — например, с первым лекарством от прогерии, которое совсем недавно одобрили в США.

Полина Лосева

https://nplus1.ru/