Американські дослідники розробили спосіб доставки компонентів системи CRISPR-редагування геному в мозок мишей за допомогою золотих наночастинок. Виявилося, що такий спосіб доставки дозволяє вносити мутації в ДНК будь-яких типів клітин у мозку, включаючи нейрони, астроцити і клітини мікроглії. Щоб продемонструвати перспективність підходу для лікування нейроспецифічних захворювань, автори направили «золоту» CRISPR-систему в мозок аутичних мишей з синдромом тендітної X-хромосоми і частково вимкнули ген глутаматного рецептора mGluR5, в результаті чого симптоми захворювання у тварин ослабли. Робота опублікована в .Системи редагування геному розглядаються як перспективний засіб виправлення мутацій в геномі не тільки клітин і ембріонів, але і дорослих організмів. Ми розповідали, наприклад, що в минулому році систему редагування за допомогою нуклеази з «цинковими пальцями» вперше випробували на дорослій людині з недостатністю одного з печінкових ферментів (результати цього експерименту, який вважається першою фазою зареєстрованого клінічного випробування, що включає ще вісім учасників, правда, поки не оприлюднені). Серед інших, на модельних тваринах відпрацьовуються підходи до терапії генетичних захворювань, пов'язаних з порушеннями роботи мозку. У цьому випадку компоненти системи редагування можна цілеспрямовано локалізувати в мозку.
Раніше вчені показали можливість доставляти компоненти системи редагування геному CRISPR-Cas9 в мозок дорослих мишей за допомогою адено-асоційованого вірусу, і з її допомогою відключили в нейронах відразу кілька генів. Однак використання вірусних частинок може викликати імунну відповідь в організмі, крім того постійна експресія компонентів системи редагування може виявитися токсичною. З цих причин дослідники з університету Техасу (США) і каліфорнійської компанії GenEdit вибрали в якості засобу доставки золоті наночастинки, до яких за допомогою олігонуклеотидів «пришили» комплекс білка Cas9 або його аналога Cpf1 з направляючою РНК. Ця система доставки під назвою CRISPR-Gold була опублікована вченими роком раніше і використовувалася для редагування ДНК в м'язах в якості терапії міодистрофії Дюшенна.
Цього разу модельним захворюванням дослідники вибрали синдром тендітної Х-хромосоми - спадковий синдром, викликаний мутацією в гені, яка призводить до накопичення повторів у ДНК. Ця мутація відповідальна за два відсотки випадків розладів аутистичного спектру (РАС) у людей. При РАС, викликаних різними причинами, в тому числі синдромом тендітної Х-хромосоми, в мозку хворих нерідко спостерігається надлишкове накопичення глутаматного рецептора mGluR5, яке, ймовірно, і викликає частину симптомів, зокрема, стереотипну поведінку. Показано, що спрямоване зниження активності mGluR5 послаблює ознаки захворювання при синдромі тендітної Х-хромосоми.
Перш ніж вводити CRISPR-наночастинки, «заряджені» проти гена mGluR5 в мозок мишей, дослідники переконалися на первинній культурі нейронів, що система не токсична для клітин. Потім вчені перевірили на репортерному гені, що CRISPR-Gold вимикає потрібний ген у нейронах гіпокампа з ефективністю 20-30 відсотків. На іншій мишачій моделі автори показали, що система вносить розриви в ДНК не тільки нейронів, але і в ДНК допоміжних клітин - астроцитів і мікроглії.
В основному експерименті дослідники ввели мишам з делецією гена (модель синдрому тендітної Х-хромосоми) і контрольним мишам в стріатум частинки mGluR5-CRISPR для вимикання гена mGluR5, щоб знизити його експресію в цьому відділі мозку. Виявилося, що в області ін'єкції ген вимкнувся в 15 відсотках клітин, що призвело до зниження кількості рецептора на 40-50 відсотків.
Миші з синдромом тендітної Х-хромосоми демонструють стереотипну (повторювану) поведінку, яка характерна і для людей з аутизмом. Аутичні миші, зокрема, можуть протягом довгого часу рити підстилку або стрибати. Виявилося, що часткове вимикання рецептора у цих мишей нормалізує поведінку, в той час як у контрольних мишей це не призводить до якихось видимих наслідків.
За підсумками експериментів автори роботи зробили висновок, що система доставки CRISPR-Gold ефективно працює в мозку, нетоксична і добре підходить для вимикання окремих генів або вирізання повторів в ДНК, накопичення яких лежить в основі деяких захворювань, таких як хвороба Хантінгтона або атаксія Фредрейха. Ми раніше розповідали, що для прочитання РНК-полімеразою ділянок з безліччю повторів у таких випадках вчені пропонували використовувати синтетичні ДНК-зв'язувальні молекули.