Остановите генетический снежный ком: Как простое генетическое прерывание замедляет развитие болезни Хантингтона
Мутация при болезни Гентингтона со временем усугубляется, как опасный снежный ком. Используя мощь инструмента генного редактирования CRISPR, учёные, возможно, нашли способ прервать мутацию БГ и замедлить начало заболевания.
Внимание: Автоматический перевод — возможность ошибок
Чтобы как можно быстрее распространить новости об исследованиях и испытаниях HD среди как можно большего числа людей, эта статья была автоматически переведена искусственным интеллектом и еще не была проверена редактором-человеком. Хотя мы стараемся предоставлять точную и доступную информацию, переводы ИИ могут содержать грамматические ошибки, неправильные толкования или неясные формулировки.Для получения наиболее достоверной информации, пожалуйста, обратитесь к оригинальной английской версии или вернитесь позже, чтобы получить полностью отредактированный человеком перевод. Если Вы заметили существенные проблемы или если Вы являетесь носителем этого языка и хотели бы помочь в улучшении точности перевода, пожалуйста, обращайтесь по адресу editors@hdbuzz.net.
Хотя генетическое изменение, вызывающее болезнь Гентингтона (БГ), приводит к нескольким проблемам для клеток, исследователи полагают, что они могут проистекать из одной основной проблемы: длина генетического изменения со временем увеличивается, как снежный ком, набирающий массу при скатывании с горы. Это генетическое явление, известное как соматическая нестабильность или соматическая экспансия, по-видимому, является ключевым фактором прогрессирования заболевания. В недавнем исследовании учёные разработали новый вариант CRISPR, мощного инструмента генного редактирования, чтобы прервать эту генетическую экспансию, потенциально открывая путь к новым терапевтическим возможностям.
Генетический снежный ком
БГ вызвана изменением в гене HTT, а именно там, где генетические буквы C-A-G повторяются несколько раз. У людей с БГ этот участок CAG длиннее обычного, что запускает смертельную цепную реакцию внутри клеток мозга. В отличие от большинства мутаций, которые остаются неизменными на протяжении всей жизни, повторы CAG в HTT удлиняются с возрастом, как снежный ком, набирающий скорость при скатывании с горы.
При рождении у большинства людей с БГ в гене HTT имеется от 40 до 50 повторов CAG. Со временем это число экспоненциально растёт внутри клеток, иногда превышая 500 повторов к моменту появления симптомов! Если исходное число повторов превышает критический порог (36 повторов), экспансия со временем превращается в своего рода генетический снежный ком и начинает расти бесконтрольно.
Однако БГ не одинока; она относится к более широкой категории заболеваний, называемых тринуклеотидными повторными расстройствами — причудливый термин для 3 (три) генетических букв (нуклеотид), которые повторяются (повтор — ну, это было очевидно…). Все эти расстройства имеют схожую проблему с нарастающими мутациями. Одним из таких примеров является атаксия Фридрейха, которая вызвана растущим повтором CTG, который также со временем усугубляется.
Наблюдение, что несколько заболеваний мозга вызваны растущим тринуклеотидным повтором, поднимает ключевой вопрос: почему растущие тринуклеотидные последовательности так токсичны для клеток мозга? Обычно гены, такие как HTT, используются для производства матричной РНК, также называемой мРНК, временной копии ДНК, которая используется для создания белков — машин клетки. Однако длинные тринуклеотидные повторы заставляют РНК скручиваться в сильно запутанные и стабильные узлы, засоряя клеточный аппарат синтеза белка. По мере того как эти запутанные РНК становятся длиннее и многочисленнее, они всё больше нарушают производство белка, в конечном итоге способствуя гибели клеток.
Прерывание нестабильности
Что, если бы существовал способ прервать этот эффект снежного кома, прежде чем он выйдет из-под контроля? Учёные из Гарвардского университета под руководством доктора Дэвида Лю выдвинули гипотезу, что они могут прервать повторяющуюся последовательность CAG, просто заменив один из CAG на похожую, но безвредную последовательность CAA.
Прерывание повторяющихся CAG, даже с помощью похожей последовательности CAA, может заблокировать основной путь, который приводит к росту CAG с возрастом! Другими словами, вставка последовательности CAA — это как размещение участка камней на холме, заставляющее снежный ком врезаться в них и терять свой импульс!
Лю и его команда были вдохновлены предыдущими исследованиями, показывающими, что прерывания CAA, по-видимому, задерживают начало заболевания. Обычно количество повторов CAG сильно предсказывает, когда у человека разовьётся БГ, но генетические исследования выявили людей с длинными повторами, но с отсроченным возрастом начала заболевания.
При более внимательном рассмотрении было обнаружено, что эти генетические аномалии содержат короткие прерывания CAA внутри их участка CAG. Примечательно, что эти простые прерывания были связаны с задержкой начала заболевания на 12 лет! Мотивированные этими наблюдениями, Лю и его команда задались вопросом, могут ли они намеренно вводить последовательности CAA в клетки с геном БГ, и может ли это воссоздать защитный эффект.
В отличие от большинства мутаций, которые остаются неизменными на протяжении всей жизни, повторы CAG в HTT удлиняются с возрастом, как снежный ком, набирающий скорость при скатывании с горы.
CRISPR раскалывает снежный ком
Точные генетические изменения, такие как замена CAG на CAA, просты в теории, но чрезвычайно сложны на практике. Лю и его команда обратились к CRISPR, инструменту генного редактирования, который действует как молекулярные ножницы для изменения определённых последовательностей ДНК. Они разработали специальный тип CRISPR, называемый базовым редактированием, который ищет повторы CAG и заменяет некоторые из них на CAA.
Используя человеческие клетки, растущие в чашках Петри, они обнаружили, что их стратегия базового редактирования CRISPR успешно модифицировала повтор CAG в HTT примерно в 80% клеток, без признаков токсичности. Ещё более многообещающим было то, что эти простые прерывания CAA, по-видимому, останавливали экспансию повторов CAG через 30 дней. Они даже заметили, что клетки, отредактированные с помощью CRISPR, росли быстрее и выглядели здоровее!
Поскольку этот тип CRISPR нацелен на все повторы CAG (а не только на тот, что в HTT) и также вводит в них прерывания CAA, им нужно было подтвердить, что другие гены не были случайно нарушены. В общей сложности они обнаружили около 250 других генов, изменённых CRISPR, вероятно, потому, что они содержали похожие повторы CAG. Однако только около 50 из них активны в клетках мозга, и лишь один, по-видимому, был значительно нарушен. Хотя это открытие не исключает риска, оно предполагает, что непреднамеренные изменения вряд ли вызовут серьёзные проблемы. В любом случае, минимизация случайных изменений будет главным приоритетом в будущем!
Прерывание CAG с помощью CRISPR
Теперь возникает большая задача: сможет ли команда доставить механизм CRISPR в клетки живого мозга и успешно отредактировать последовательности CAG? Команда Лю использовала мышиную модель БГ, которая несёт 110 повторов CAG в своём гене HTT, и этот повтор быстро растёт по мере старения мышей (нестабильность повторов). Чтобы доставить CRISPR в мозг, команда упаковала CRISPR в безвредный вирус, который действует как служба доставки генов, вводя инструменты генетического редактирования непосредственно в клетки.
Через четыре недели после инъекции вирусов, содержащих CRISPR, мышам исследователи обнаружили, что около 30% клеток, по-видимому, поглотили инструмент генного редактирования. Из 30% клеток, содержащих CRISPR, около 75% имели по крайней мере одно прерывание CAA в своём гене HTT. Это означает, что примерно 1 из 5 клеток мозга успешно получила защитное генетическое изменение — не идеально, но многообещающее начало! Через 12 недель исследователи изучили длину повторов CAG и обнаружили, что экспансия, по-видимому, не только остановилась, но некоторые повторы CAG, возможно, даже сократились!
Чтобы выяснить, работает ли их подход за пределами БГ, исследователи повторили свои эксперименты на клеточных и мышиных моделях атаксии Фридрейха, другого расстройства с экспансией повторов. Что интересно, они наблюдали схожие результаты: до 55% клеток мозга, по-видимому, содержали прерывания повторов, и повторы оставались стабильными со временем, не показывая признаков экспансии с возрастом.
В совокупности эти данные, по-видимому, показывают, что нарастающую экспансию повторов в HTT можно остановить, и этот подход может быть применим и к другим повторным расстройствам.
CRISPR сломает лёд?
В совокупности эти данные, по-видимому, показывают, что нарастающую экспансию повторов в HTT можно остановить, и этот подход может быть применим и к другим повторным расстройствам. Однако есть несколько причин для осторожности. Это исследование было сосредоточено на том, может ли CRISPR вставлять прерывания CAA и останавливать рост повторов, но оно не оценивало, улучшает ли это вмешательство симптомы или задерживает заболевание. Знание влияния такого терапевтического подхода на признаки и симптомы БГ имеет важное значение для определения того, следует ли его продвигать.
Кроме того, сокращение непреднамеренных изменений в генах, отличных от HTT, будет иметь решающее значение до перехода к испытаниям на людях. Ещё одна проблема — доставка: человеческий мозг намного больше мозга мыши, и доставка CRISPR в достаточное количество клеток мозга для достижения эффекта будет особенно сложной задачей.
Несмотря на эти текущие ограничения, эти результаты являются большим шагом вперёд. С развитием точности генного редактирования и более эффективных методов доставки CRISPR, вероятно, станет мощным инструментом в борьбе с БГ и другими заболеваниями, связанными с тринуклеотидными повторами.
Краткое изложение: Основные выводы
- Проблема: БГ вызвана мутацией в гене HTT, где повторы CAG растут со временем, процесс, называемый соматической экспансией. Этот «генетический снежный ком», по-видимому, ухудшает функцию клеток мозга и способствует прогрессированию заболевания.
- Идея: Даже небольшое прерывание в повторяющейся последовательности, например, замена CAG на похожий и безвредный CAA, может замедлить или остановить экспансию и отсрочить начало симптомов.
- Прорыв: Учёные использовали усовершенствованный инструмент CRISPR (называемый базовым редактированием) для вставки этих потенциально защитных прерываний CAA в ген HTT.
- В лаборатории: В клетках человека базовое редактирование CRISPR сработало примерно в 80% клеток, по-видимому, останавливая экспансию и улучшая здоровье клеток.
- У мышей: После доставки CRISPR с помощью вирусной инъекции около 20% клеток мозга имели защитные изменения, и повторы CAG, по-видимому, перестали расти.
- Бонус: Аналогичный успех был замечен в мышиных моделях другого повторного расстройства, атаксии Фридрейха.
- Подвох: Требуется дополнительная работа, чтобы:
- Доказать улучшение симптомов
- Минимизировать непреднамеренные эффекты
- Масштабировать доставку в гораздо больший человеческий мозг
- Почему это важно: Эта работа показывает, что CRISPR может быть использован для прерывания экспансии повторов в живой ткани мозга, предлагая реальную надежду на лечение БГ и аналогичных генетических расстройств.
Подробнее
Оригинальная исследовательская статья «Базовое редактирование тринуклеотидных повторов, вызывающих болезнь Гентингтона и атаксию Фридрейха, уменьшает соматические экспансии повторов в клетках пациентов и у мышей» (открытый доступ).
