Вчені вдосконалили систему редагування геному «спляча красуня»

«Спляча красуня» – метод редагування геному за допомогою мобільних елементів. Як і завжди, коли йдеться про редагування геному, важливо досягти високої точності вбудовування фрагменту ДНК. Німецькі вчені запропонували новий варіант методу, більш швидкий та безпечний

Серед методів редагування геному найбільш добре розробленими та перспективними можна вважати три: вірусні вектори, систему CRISPR/Cas9 та мобільні генетичні елементи. Саме знешкоджені віруси на сьогодні застосовують в усіх схвалених методиках генної терапії. Але віруси імуногенні, що може спричиняти відторгнення відредагованих клітин.  Система CRISPR/Cas9 (або «цинкові пальці») дозволяє точніше вбудувати ДНК в геном, але й вона може схибити, і крім того не дозволяє вбудовувати великі фрагменти ДНК. Третій напрямок редагування геному використовує мобільні генетичні елементи (транспозони). Це ділянки ДНК, здатні самі себе вирізати з одного місця та вбудовувати в інше. Для цього вони кодують фермент транспозазу. Близько 20 років тому вчені знайшли в геномі риб один із варіантів транспозази, який «замовк» та не працював мільйони років тому – він і отримав назву «спляча красуня».

Працює «спляча красуня» таким чином: в клітину вводять дві плазміди (кільцевих ДНК) – одну з геном ферменту транспозази, другу – з потрібним нам ДНК-«вантажем». Клітина синтезує транспозазу, а та розпізнає в другій плазміді ДНК-«вантаж», вирізає його звідти та розрізає ДНК господаря в тому місці, де має вбудуватися «вантаж». Ця система вельми ефективна, але не дозволяє контролювати роботу транспозази: фермент може вбудовувати ДНК-«вантаж» неодноразово та разом з ним вбудовувати й щось зайве. На перевірку правильності редагування геному за допомогою «сплячої красуні» може піти місяць, а це неприпустимо, якщо редагування геному проводять в лімфоцитах пацієнтів з раком (CAR-T терапія).

Читайте також: Как «работают» Т-лимфоциты и что делать, если они не справляются?

Вчені з Європейської молекуляно-біологічної лабораторії в Гейдельберзі (Німеччина) вдосконалили метод «спляча красуня». Вони запропонували вводити в клітину не плазміду, що містить ген транспозази, а власне транспозазу в чистому вигляді. Раніше це не спрацьовувало, адже фермент агрегував та не проникав крізь мембрану. Вчені замінили в транспозазі два амінокислотних залишки, що підвищило його розчинність. Експерименти на культурі клітин показали, що модифікована транспозаза входить в клітини, вбудовує потрібну ДНК в геном, а потім протягом доби руйнується. Коротке життя ферменту означає, що він не встигне наробити зайвих мутацій.

При випробуванні оновленого методу «спляча красуня» та Т-лімфоцитах (технологія лікування раку CAR-T) ефективність вбудовування гену рецептора ракової клітини була приблизно такою, як при застосуванні вірусних векторів, але при цьому кількість вбудованих генів зменшилась, а частота вбудовування в «безпечні» місця геному зросла.

Автори вважають, що редагування геному за допомогою модифікованого методу «спляча красуні» є безпечнішим, ніж попередні технології, та дозволяє переносити великі фрагменти ДНК. Оптимальним рішенням, на думку авторів, є поєднання в одній конструкції переваг CRISPR/Cas9 та транспозази.

* Querques, I., Mades, A., Zuliani, C. et al. A highly soluble Sleeping Beauty transposase improves control of gene insertion // Nat Biotechnol, Published 04 November 2019. DOI: https://doi.org/10.1038/s41587-019-0291-z”

На фото: 3d-модель комплексу CRISPR/Cas9 з ДНК (shutterstock.com)