С помощью метода генетической модификации CRISPR удалось затормозить гибель фоторецепторов в сетчатке у мышей.
Метод редактирования генома под названием CRISPR (или CRISPR/Cas) в последние два года стал одной из самых обсуждаемых тем в науке. Его в прямом смысле позаимствовали у бактерий: в своем природном виде механизм CRISPR/Cas служит для разрушения вирусной ДНК в бактериальной клетке.
Чтобы отличить вирусную последовательность от собственной, бактерии пользуются довольно хитроумной молекулярной уловкой, которую молекулярные биологи как раз решили использовать в своих целях. Суть молекулярно-генетического метода CRISPR в том, что, используя ферменты бактериальной противовирусной защиты, в геном самых разных клеток можно вносить очень точные изменения. Как оказалось, это можно сделать даже для человеческого эмбриона (по поводу чего весь прошлый год в научном мире бушевали бурные этические дискуссии). Этика этикой, однако не стоит сбрасывать со счетов, что с медицинской точки зрения CRISPR-редактирование выглядит очень и очень перспективным, ведь с его помощью можно исправлять мутировавшие гены, предотвращая тем самым развитие опасных болезней.
Как это работает, можно проиллюстрировать на примере экспериментов Ананда Сварупа (Anand Swaroop) и его коллег из Национального института глаза. Исследователи сумели остановить дегенерацию сетчатки у мышей, заставив с помощью CRISPR замолчать один из генов, регулирующих развитие фоторецепторов – палочек и колбочек. Как мы знаем, палочки и колбочки преобразуют свет в нейронные импульсы: колбочки отвечают за цветное зрение и работают на ярком свету; палочки, напротив, помогают нам видеть, когда света мало, кроме того, они питают и поддерживают колбочки. От мутаций чаще страдают палочки, но из-за гибнущих палочек начинают погибать и колбочки. В результате развивается пигментный ретинит – наследственное дегенеративное заболевание, заканчивающееся полной слепотой.
Решение как будто напрашивается само собой: если у нас есть метод, позволяющий редактировать гены, то почему бы не исправить мутации в палочках? Так пытались делать, однако даже у одного и того же индивидуума вредные мутации в палочках оказываются довольно разнообразными, а исправить их сразу все почти невозможно. Но есть обходной путь: в статье в Nature Communications говорится, что дурное влияние разнообразных генетических дефектов можно преодолеть, если отключить у палочек всего один ген – Nrl. Этот ген кодирует один из множества транскрипционных факторов – так называются белки, которые связываются с теми или иными последовательностями ДНК и таким образом влияют на активность генов.
И колбочки, и палочки во время развития сетчатки получаются от одних и тех же клеток-предшественников, и от гена Nrl зависит, кто будет палочкой, а кто – колбочкой. Мало того, зрелым палочкам ген Nrl нужен для того, чтобы сохранять свою «палочковость». Если ген Nrl замолкает, палочка начинает походить на колбочку – но притом, как было сказано выше, негативные мутации в палочках утрачивают силу, и в итоге и палочки (хотя и похожие на колбочки), и сами колбочки остаются на месте и продолжают работать.
Авторы работы использовали редактирование генома по методу CRISPR как раз для того, чтобы отключить в палочках ген Nrl. Эксперименты ставили с мышами, генетически предрасположенными к дегенеративным расстройствам сетчатки. Молекулярные машины системы генетического редактирования животным вводили с помощью специального вируса-носильщика (обычный в таких случаях прием) – вирус провозил редактирующие молекулы прямо в клетки сетчатки.
Все произошло так, как и ожидалось: палочки с отключенным Nrl стали похожи на колбочки, при этом сами они переставали чувствовать свет, но зато оставались в живых и продолжали поддерживать и питать колбочки. У пожилых мышей эффект оказался слабее, но так или иначе, у всех подопытных животных дегенерация сетчатки, если не остановилась, то хотя бы заметно замедлилась. Пока что неизвестно, есть ли тут какие-то отрицательные побочные эффекты, но если их не найдут в экспериментах на животных, ничто не помещает начать клинические исследования с больными, страдающими от прогрессирующей слепоты.