Редакторы геномов
Новый метод генной терапии – редактирование генома –
излечивает гемофилию на животной модели заболевания
LifeSciencesToday по материалам The Children's Hospital of Philadelphia:
Genome Editing, A Next Step in Genetic Therapy, Corrects Hemophilia in Animals
Используя инновационный метод генной терапии, известный как редактирование генома (genome editing), позволяющий воздействовать на строго определенный участок мутировавшей ДНК, ученые вылечили болезнь свертывания крови – гемофилию – у мышей. Это первый пример того, как редактирование генома – метод, точно ориентированный на определенную мишень в молекуле ДНК и корректирующий конкретный генетически дефект – было применено на животных и показало клинически значимые результаты.
Это важный шаг вперед в многолетней истории развития генотерапии – методов лечения, основанных на коррекции последовательности ДНК, являющейся причиной заболевания. В новом исследовании ученые использовали два варианта генетически модифицированного аденоассоциированного вируса (AAV), один из которых являлся носителем ферментов, разрезающих молекулу ДНК точно в нужном месте, а другой – корректирующего гена, который нужно было встроить в последовательность ДНК для дальнейшего синтеза нормального белка. Все это ученым удалось проделать в клетках печени живых мышей.
«Наше исследование повышает вероятность того, что метод редактирования генома способен корректировать генетический дефект на клинически значимом уровне после доставки в организм нуклеаз "цинковые пальцы"», – комментирует результаты работы ее руководитель доктор медицины Кэтрин Хай (Katherine High), гематолог и специалист в области генной терапии из Детской больницы Филадельфии (The Children's Hospital of Philadelphia). Доктор Хай, научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute Investigator), возглавляет Центр клеточной и молекулярной терапии Детской больницы Филадельфии и занимается генной терапией гемофилии уже более десяти лет.
В исследовании доктора Хай, проведенном в сотрудничестве с учеными Sangamo BioSciences, Inc, были использованы генетически модифицированные ферменты – нуклеазы «цинковые пальцы» (zinc finger nucleases, ZFNs), своего рода молекулярные текстовые процессоры, редактирующие мутировавшую последовательность ДНК. Ученые научились создавать ZFNs, взаимодействующие с генами, имеющими строго определенную локализацию. Для восстановления нормальной функции гена, потерянной при гемофилии, были использованы ZFNs, специфичные для гена фактора свертывания крови IX (F9), в сочетании с нормальной последовательностью ДНК.
Точно попадая в свою мишень, конкретный участок хромосомы, нуклеазы «цинковые пальцы» демонстрируют явное преимущество над традиционными методами генной терапии, которые могут случайно доставить корректирующий ген в нежелательное положение в обход нормальных биологических регуляторных механизмов. Такой неточный таргетинг несет в себе риск так называемого «инсерционного мутагенеза» (insertional mutagenesis), при котором корректирующий ген может, например, инициировать развитие лейкемии.
При гемофилии наследственная мутация в одном гене лишает организм возможности вырабатывать один из свертывающих кровь белков, что приводит к возникновению спонтанных, иногда угрожающих жизни, кровотечений. Две основные формы заболевания, встречающиеся почти исключительно у мужчин, – гемофилия А и гемофилия В – вызываются отсутствием факторов свертывания VIII и IX, соответственно. Лечение больных заключается в частом внутривенном вливании свертывающих белков – дорогих и, кроме того, иногда стимулирующих выработку организмом антител, которые делают дальнейшее применение этого метода невозможным.
Используя генетическую инженерию, ученые получили мышей с моделью гемофилии В человека. До начала лечения фактор свертывания IX в крови животных не определялся.
Предыдущие эксперименты других исследовательских групп показали, что ZFNs могут редактировать геном выращенных в культуре стволовых клеток, которые затем вводятся в организм мышей с моделью серповидноклеточной анемии. Однако такой ex vivo подход не представляется возможным для многих генетических заболеваний человека, оказывающих воздействие на целые системы органов. Поэтому в данном исследовании проверка эффективности редактирования генома была проведена in vivo, то есть непосредственно в живом организме.
Доктор Хай и ее коллеги создали две версии вектора, или средства доставки генов, используя аденоассоциированный вирус. Один AAV-вектор нес ZFNs для редактирования, другой – доставил правильно функционирующий вариант гена F9. Так как причиной гемофилии могут быть разные мутации одного и того же гена, было заменено семь различных кодирующих последовательностей, покрывающих 95 процентов вызывающих гемофилию В мутаций.
Мыши, получившие комбинацию «ZFNs + корректирующий ген», начали вырабатывать фактор свертывания IX в количестве, достаточном, чтобы снизить время свертывания крови почти до нормального уровня. У контрольных мышей, получавших векторы либо без ZFNs, либо без F9, значительного повышения уровня фактора свертывания или снижения времени свертывания крови не наблюдалось.
Улучшение сохранялось в течение восьми месяцев наблюдения, при этом ученые не выявили никакого токсического воздействия на рост, вес или функцию печени животных – показатель того, что лечение хорошо переносится живым организмом.
«Мы подтвердили саму концепцию того, что редактирование генома, проведенное непосредственно in vivo, позволяет получить стабильные и клинически значимые результаты», – подводит некоторый итог доктор Хай. «Чтобы перевести эти результаты в безопасный и эффективный метод лечения гемофилии и других моногенных заболеваний человека, нужны дальнейшие исследования, но стратегия генной терапии представляется перспективной. Переход от мышиных моделей к клиническому использованию методов генной терапии был длительным процессом, растянувшимся почти на два десятилетия, но сейчас мы видим положительные результаты при целом ряде заболеваний – от наследственных поражений сетчатки до гемофилии».
Становление in vivo редактирования генома в качестве эффективного и надежного терапевтического метода потребует времени, но это – очередная веха в развитии генной терапии.
Исследование опубликовано в он-лайн издании журнала Nature: In vivo genome editing restores haemostasis in a mouse model of haemophilia.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
29.06.2011