Редагування генома дозволило мишам з прогерією дожити до старості
Редактор підстав на основі системи CRISPR/Cas використовували для терапії прогерії Хатчінсона-Гілфорда - це найвідоміша з хвороб прискореного старіння. В результаті експериментальні миші прожили в два з гаком рази більше, ніж їхні сородичі без лікування, а їх аорта - яка сильніше багатьох інших органів страждає від цієї хвороби - стала за деякими показниками невідлична від аорти здорових мишей. Побічним ефектом від терапії у кількох тварин стала пухлина печінки, проте поки немає причин вважати, що цей ефект буде відтворюватися у людей, йдеться в роботі, опублікованій в.
Девід Лю (David Liu) з Гарвардського університету відомий як один з розробників системи CRISPR/Cas9 для редагування геному. Але на цьому досягненні він не зупинився, і з тих пір щороку його команда показує нові, вдосконалені системи для переписування ДНК. У 2017 році це були редактори підстав - системи, які дозволяють точково замінити одну «букву» в тексті ДНК на іншу. У 2019-му це був метод праймованого редагування, який, за словами творців, працював точніше і безпечніше «звичайної» системи CRISPR/Cas. У 2020-му Лю і його колеги першими навчилися редагувати ДНК всередині мітохондрій (ми розповідали про це в матеріалі «Терапія зла»).
Тепер група Лю опублікувала звіт про застосування однієї зі своїх перших розробок проти важкої спадкової хвороби - прогерії Хатчінсона-Гілфорда. Вона викликана тим, що один з білків ядерного «скелета» - ламін А - виходить довше належного і через це застрягає в мембрані клітинних ядер. Самі ядра від цього деформуються, а ДНК всередині них частіше ламається. Тому хворі на прогерію вже в ранньому дитинстві страждають багатьма віковими хворобами (наприклад, облисінням, артритом і атеросклерозом) і живуть в середньому близько 14 років.
Причиною цієї хвороби є точкова мутація в гені ламіна А: замість цитозину в одній з позицій виявляється тимін. Це класична ситуація, в якій може допомогти редактор підстав: модифікована система CRISPR/Cas, яка не розрізає обидві нитки ДНК, а безпосередньо змінює «неправильний» нуклеотид. Для початку Лю і колеги перевірили свою систему на клітинах сполучної тканини, взятих з організму пацієнтів з прогерією. Виявилося, що за десять днів їхній метод здатний «полагодити» близько 85 відсотків клітин у культурі. При цьому небажаних промахів з'явилося мало: редактор підстав промахнувся менше, ніж у 0,1 відсотка випадків.
Тоді дослідники перейшли до роботи на мишах. Оскільки самі по собі миші прогерією не хворіють, вченим довелося використовувати трансгенних тварин, які несуть у своїх клітинах додаткові копії гена людського ламіна А з характерними мутаціями. Їх геном редагували: аденовірусний вектор з компонентами системи редагування вчені вводили в кров 3-денним і 14-денним тваринам. У другому випадку лагодження ДНК пройшло більш успішно - ймовірно, тому що миші були більшими, ніж на третій день життя, і тому отримували більше аденовірусних векторів.
У середньому вдалося полагодити від 10 до 60 відсотків клітин залежно від конкретної тканини (не всі вони відреагували однаково). Однак дослідники помітили, що протягом шести тижнів після ін'єкції кількість відредагованих клітин у тканинах зросла. Вони пропонують пояснювати це тим, що редагування триває ще якийсь час після введення системи в клітку - або тим, що «виправлені» клітини стають успішнішими за інших і розмножуються, виживаючи «зламаних» сусідів з тканини.
Схожа ситуація склалася і на клітинному рівні. Навіть там, де ефективність редагування виявилася невисокою - наприклад, у жировій тканині 14-денних мишей вона склала всього близько 4 відсотків - частка мутантного білка впала на 31 відсоток. Автори роботи припускають, що «виправлені» клітини почали активніше користуватися своїми генами, ніж їхні мутантні сусіди, і виробляти більше «здорового» білка - і тому концентрація мутантного білка в тканині стала нижчою.
Нарешті, на фізіологічному рівні редагування теж виявилося ефективним. У мишей, які отримали укол на 14-й день життя, товщина стінки аорти і кількість м'язових клітин у ній - два головних показники здоров'я судин - досягли нормальних значень. І прожили ці миші довше належного: якщо від неліченої прогерії вони вмирали в середньому в 189 днів, то після ін'єкцій на 3-й або 14-й день життя - в 337 і 510 днів відповідно. Для лабораторної миші це солідний вік: у здорових тварин в цей час починається період старості.
Щоправда, у кількох тварин на розтині виявили пухлину печінки. І автори роботи не виключають, що новоутворення могли стати наслідком лікування - якщо аденовірусний вектор вбудувався в геном у недозволеному місці. Однак у людей, які проходять генну терапію від інших хвороб за допомогою аденовірусних векторів, досі таких побічних ефектів не зустрічали. Тому є ймовірність, що цей ефект специфічний саме для мишей.
Незважаючи на те, що автори роботи поки не пропонують переходити до випробувань свого методу на людях, вони відзначають, що у нього є кілька плюсів. По-перше, він не вимагає редагування геному на ембріональній стадії - ці технології поки залишаються спірними (про це ми писали в тексті «У майбутнє візьмуть не всіх»). По-друге, він дозволяє вводити редактори підстав через кілька років після народження (за словами дослідників, 14 днів для миші відповідають 5-6 років у людини), а значить, дитина встигне отримати остаточний діагноз. По-третє, ефект від такої терапії іноді виявляється непропорційно великим - як, наприклад, в аорті, де 25 відсотків відредагованих клітин дозволяють повністю компенсувати дефекти в стінці судини. Це означає, що можна не гнатися за стовідсотковою ефективністю. Нарешті, Лю і колеги вважають, що їхня технологія може дати ще більш виражений результат, якщо його поєднувати з іншими методами лікування прогерії - наприклад, з першим ліками від прогерії, які зовсім недавно схвалили в США.