CRISPR-Cas3: революционная технология, которая может стереть генетические болезни из истории человечества

В области генетической инженерии произошло знаковое событие: учёные смогли использовать систему CRISPR, которая изначально является иммунной системой бактерий против вирусов, для редактирования генетической информации в клетках. Недавно первое лекарство на основе CRISPR было одобрено FDA для лечения серповидно-клеточной анемии, в декабре 2023 года. Это лекарство базируется на широко изученной системе CRISPR-Cas9, называемой "генетическими ножницами".

Однако теперь на горизонте появилась новая и уникальная платформа, известная как Тип I CRISPR или CRISPR-Cas3 , которая обладает потенциалом для удаления больших участков ДНК и ожидает своего применения в терапевтических целях.

Новое исследование, проведённое Янь Чжан, доктором философии, ассистентом профессора кафедры биологической химии Медицинской школы Университета Мичигана и её коллегами из Корнельского университета, направлено на разработку выключателей для улучшения безопасности генного редактора Типа I-C/Cas3. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Cell.

Используя естественную борьбу между бактериями и вирусами, атакующими их (бактериофагами), команда ученых под руководством Чжана разработала специальные CRISPR-выключатели. Эти устройства основаны на анти-CRISPR белках, которые бактериофаги со временем развили для преодоления бактериального иммунитета, обусловленного системой CRISPR.

Анти-CRISPR белки, ингибирующие Cas9, ранее использовались в экспериментальных условиях для уменьшения "побочных" эффектов CRISPR. Такие эффекты возникают, когда Cas9 действует на непреднамеренные участки тела или генома, вызывая нежелательные изменения, которые могут привести к негативным последствиям, таким как повышенный риск рака.

"При редактировании человеческого генома с использованием CRISPR-Cas9, применение ингибиторного белка может помочь снизить побочные эффекты и увеличить уровень безопасности," - говорит Чжан.

Команда Чжан разработала надёжный выключатель для высокоэффективной системы Cas3, которую они ранее обнаружили у бактерий Neisseria lactamica, безвредно обитающих в верхних дыхательных путях человека. Изучив все известные анти-CRISPR белки, они нашли два - AcrIC8 и AcrIC9 - с сильным кросс-реагирующим эффектом против Cas3 Neisseria.

Затем команда исследовала механизм действия этих белков, используя генетические и биохимические исследования в Университете Мичигана и криогенную электронную микроскопию в Корнельском университете. Оба белка предотвращают связывание CRISPR-Cas3 с целевым участком ДНК, но действуют немного по-разному.

Наконец, команда Чжан доказала, что каждый из этих анти-CRISPR белков может служить выключателем для CRISPR-Cas3 в человеческих клетках. Они почти полностью блокируют две версии технологий CRISPR-Cas3: одну для крупномасштабного удаления генома, а другую для активации генов, делая их первыми разработанными выключателями для любого генного редактора CRISPR-Cas3.

"CRISPR-Cas3 с выключателем будет более безопасным способом редактирования генома", - говорит Чжан. Её лаборатория планирует дальнейшее развитие терапевтических препаратов на основе CRISPR-Cas3 для различных человеческих заболеваний, используя новооткрытые выключатели в сотрудничестве с коллегами из Медицинской школы Университета Мичигана.

Со-авторами статьи являются Чуньи Ху, доктор философии из Корнельского университета, и аспирант Мэйсон Майерс из Университета Мичигана. "Наблюдать за стремительным развитием Мэйсона как молодого учёного было чрезвычайно приятно. Будучи аспирантом третьего года в моей группе, он уже показал большой потенциал", - говорит Чжан.