CRISPR-интерференция – новый способ «выключения» генов

Исследователи из Калифорнийского Университета Сан-Франциско (University of California - San Francisco, UCSF) разработали новый способ точного «выключения» генов. По словам ученых, стратегия метода позаимствована у бактерий и основана на применении белка, используемого бактериями для борьбы с вирусами. Результаты работы опубликованы в журнале Cell.

«Выключение» генов является основной целью большинства методов лечения онкологических и других заболеваний. Кроме того, возможность управления работой генов является ключом к разгадке тайн биохимических путей и взаимодействий в клетке, регулирующих как нормальную работу, так и патологические процессы.

«Мы тратим много времени и сил на построение карты генома человека, но все еще не знаем, как можно воздействовать на геном для изучения и лечения заболеваний», - говорит один из главных авторов исследования Уенделл Лим (Wendell Lim), доктор философии, профессор клеточной и молекулярной фармакологии.

Новая методика, разработанная исследователями Калифорнийского Университета, носит название CRISPR-интерференции (CRISPR interference). Ее не стоит путать с РНК-интерференцией – хорошо известной и широко используемой стратегией ингибирования синтеза белков.

«CRISPR-интерференция – это простой метод направленного нарушения экспрессии гена в геноме, - рассказывает Лей Стэнли Ци (Lei Stanley Qi), доктор философии, научный сотрудник Центра Системной Биологии, - Разработанная технология основана на поиске короткой последовательности ДНК в геноме и контроле экспрессии гена там, где эта последовательность расположена».

По словам Ци, разработанная методика позволит исследователям с большей легкостью и точностью следить за активацией генов и цепью биохимических событий, происходящих в клетке. Это поможет выявить ключевые белки, в норме контролирующие клеточные процессы, и нарушения, происходящие в случае заболевания.

CRISPR-интерференция против РНК-интерференции

В отличие от традиционной методики РНК-интерференции, CRISPR-интерференция позволяет одновременно подавить экспрессию любого количества отдельных генов, рассказывает Ци. Кроме того, она действует более четко, не выключая лишние гены, как это происходит при РНК-интерференции.

Выключение генов путем РНК-интерференции было открыто более 10 лет назад и положило начало новой исследовательской области. Открытие было удостоено Нобелевской Премии и привлекло внимание биотехнологических фирм.

Недавно Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США (U.S. Food and Drug Administration, FDA) объявило о первом одобрении инъекционной терапии, основанной на аналогичной интерференции стратегии – лекарственном препарате для лечения редкой формы повышенного содержания холестерина.

РНК-интерференция позволяет заблокировать считанную с ДНК матричную РНК (мРНК), являющуюся матрицей для дальнейшего синтеза белка. Предотвращая синтез белка на этапе мРНК, РНК-интерференция может применяться в случаях, когда сложно разработать препарат, непосредственно воздействующий на белок, который необходимо ингибировать. Однако CRISPR-интерференция действует на один шаг раньше.

«Для РНК-интерференции может быть уже слишком поздно, когда мРНК уже транскрибировалась с ДНК, - поясняет Джонатан Вайссман (Jonathan Weissman), доктор философии, исследователь из Медицинского Института Ховарда Хьюса, профессор клеточной и молекулярной фармакологии, один из главных авторов работы, - Благодаря CRISPR-интерференции мы можем остановить процесс уже на этапе «переписывания» информации с ДНК на РНК».

Применение в восстановительной медицине

CRISPR – акроним от «clustered regularly interspaced short palindromic repeats» (кластеризованные регулярно расположенные короткие палиндромные повторы) – названия системы, благодаря которой бактерии защищаются от вирусов. CRISPR действует подобно вакцине, внедряя частички вирусных генов в свой геном. Бактерии могут использовать такую библиотеку вирусных генов для распознавания и атаки внедряющихся вирусов.

Ци с коллегами использовали один из белков системы, Cas9, в качестве платформы, в которую можно вставить любую специфичную молекулу РНК. Выбранная РНК служит адаптером, находящим цель, где бы она ни располагалась в геноме. По словам Ци, такая система обладает невероятной гибкостью и быстротой.

Исследовательская группа смогла разработать систему, работающую не только в бактериях, но и в клетках млекопитающих, и теперь работает над повышением ее эффективности в клетках млекопитающих, в том числе, клетках человека. Исследователи намерены объединить платформу Cas9 с ферментом, который запустит систему не только для выключения, но и включения генов.

Столь разносторонний инструмент мог бы оказаться ценным в деле перепрограммирования клеток для восстановительной медицины. Лаборатория Лим работает над перепрограммированием клеток иммунной системы для лечения онкологических заболеваний.

«Идея в том, чтобы перепрограммировать клетки на выполнение заданных нами функций, - рассказывает Лим, - Мы все еще раскрываем секреты генома для управления возможностями перепрограммирования клеток».

По материалам University of California - San Francisco

Оригинальная статья:
Lei S. Qi, Matthew H. Larson, Luke A. Gilbert, Jennifer A. Doudna, Jonathan S. Weissman, Adam P. Arkin, Wendell A. Lim. Repurposing CRISPR as an RNA-Guided Platform for Sequence-Specific Control of Gene Expression. Cell, 2013; 152 (5): 1173 DOI: 10.1016/j.cell.2013.02.022