Новый метод CRISPR предотвратил ожирение без редактирования генома

Новый метод под названием CRISPRa помогает усилить экспрессию одного гена без разрезания или редактирования ДНК.

Иллюстрация Global Look Press.

Новый метод лечения на основе технологии редактирования генома CRISPR способен бороться с ожирением без разрезания ДНК, сообщают учёные Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF).

В своей недавней работе, опубликованной в издании Science, американские специалисты описали, как модифицированная версия CRISPR использовалась для повышения активности определённых генов и предотвращения тяжёлой формы ожирения у мышей. Поясним, что у выведенных заранее грызунов были генетические мутации, предрасполагающие к экстремальному набору веса.

Напомним, что человеческий геном содержит две копии каждого гена – по одной от каждого родителя. Сегодня учёные знают практически о 660 генах, в которых мутация в одной копии может привести к заболеваниям (и некоторые из них являются весьма опасными).

Одним из таких заболеваний является тяжёлая форма ожирения. Мутации в одной из копий гена SIM1 или гена MC4R чаще наблюдаются именно у людей с тяжёлой формой ожирения. Поясним, что эти гены критически важны для регулирования чувства голода и сытости.

Авторы недавней работы сфокусировались именно на этом недуге, чтобы опробовать новый терапевтический подход на основе CRISPR.

Если обе копии описанных выше генов функционируют нормально, люди способны контролировать свой аппетит. Между тем мутации могут сделать одну копию гена нефункциональной, из-за чего организм начинает полагаться только на одну, работающую, копию гена. Однако этого недостаточно: в этом случае люди постоянно испытывают чувство голода. Им гораздо сложнее контролировать количество потребления пищи, что приводит к возникновению ожирения.

Американские специалисты решили, что именно в таких случаях и пригодится новый подход на основе CRISPR.

Специалисты UCSF создали новый метод под названием CRISPR-опосредованная активация (CRISPR-mediated activation, CRISPRa). Технология отличается от обычного метода CRISPR тем, что в данном случае ДНК не разрезается. При этом CRISPRa сохраняет систему наведения CRISPR, которую можно запрограммировать для нацеливания на определённую последовательность "букв" ДНК.

Как пишут авторы работы, они заменили "молекулярные ножницы" на "ручку регулирования громкости".

Фактически специалисты использовали CRISPRa для нацеливания на промоторы и энхансеры – некодирующие последовательности "букв" ДНК, которые контролируют, когда и где "включается" ген.

Найдя цель, CRISPRa повышает активность гена-мишени, редактирование при этом не производится.

В рамках недавней работы учёные создали систему CRISPRa, которая нацеливалась на последовательности, регулирующие активность SIM1 или MC4R. Они использовали традиционную систему вирусной доставки, чтобы внедрить компоненты CRISPRa прямо в область мозга мышей, контролирующую чувство голода.

Как уже отмечалось выше, из-за генетических манипуляций грызуны имели только одну рабочую копию генов SIM1 или MC4R.

В результате учёным удалось повысить активность рабочей копии SIM1 или MC4R, что было особенно заметно в сравнении с контрольной группой грызунов. Таким образом, специалисты смогли предотвратить ожирение у мышей.

"Результаты исследования были существенными. Мыши, у которых отсутствовала одна копия гена Sim1, получили инъекции CRISPRa в возрасте четырёх недель и поддерживали здоровый вес тела, как обычные мыши", – рассказывает ведущий автор работы Навнит Матару (Navneet Matharu).

Она поясняет, что грызуны из контрольной группы не могли перестать есть. "Они начали набирать вес в возрасте шести недель, и к тому времени, когда им было 10 недель, они уже страдали от сильного ожирения", – говорит Матару.

Вес первых мышей был на 30-40 процентов меньше, чем у их собратьев из контрольной группы. Важно, что эффект от такого лечения сохранялся довольно долго – в течение 10 недель, то есть значительную часть жизни грызунов.

Авторы работы особо отмечают, что им удалось достичь длительного контроля веса без внесения каких-либо изменений в геном животных.

По словам авторов работы, они могли бы достичь точно такого же эффекта, используя традиционный CRISPR. Между тем, добавляют учёные, CRISPRa имеет ряд преимуществ.

"Технология может пригодиться для лечения различных генетических заболеваний, для которых редактирование генов не является оптимальным решением", – говорит соавтор работы Кристиан Вайс (Christian Vaisse).

Несмотря на то, что технология CRISPR нацеливается на определённые последовательности ДНК, порой возникают побочные эффекты. Использование обычного метода CRISPR в итоге может привести к непреднамеренным, но устойчивым изменениям генома с потенциально опасными последствиями.

Нецелевые эффекты, связанные с CRISPRa, должны возникать с меньшей вероятностью, и они не будут иметь разрушительных последствий, поскольку они не приводят к устойчивым изменениям ДНК.

Исследователи также отмечают, что CRISPRa может использоваться для лечения других видов генетических заболеваний. Болезни, которые возникают из-за так называемых микроделеций (как ни странно, термин обозначает потерю больших сегментов хромосом, которые охватывают миллионы нуклеотидов и несколько генов). Дело в том, что они в настоящее время слишком велики для обычного "ремонта" посредством CRISPR.

В таких случаях CRISPRa может использоваться для компенсации микроделеций путём увеличения активности нескольких генов на неповреждённой копии хромосом. И в тех случаях, когда ген полностью потерян, CRISPRa может активировать другой ген с аналогичной функцией, чтобы компенсировать работу "недостающего" гена, считают авторы работы.

"Несмотря на то, что это исследование было сосредоточено на ожирении, мы считаем, что наша система может быть использована в любой другой ситуации, в которой наличие только одной функциональной копии гена приводит к заболеванию, – говорит старший автор работы Надан Ахитув (Nadav Ahituv). – Наш метод демонстрирует огромный терапевтический потенциал для многих заболеваний, и мы показываем, что мы можем достичь этих преимуществ без внесения каких-либо изменений в геном".

Добавим, что ранее учёные придумали способ улучшить технологию редактирования генов CRISPR, чтобы получалось меньше ошибок.