«Редактор эпигенома» останавливает ген, вызывающий смертельные нарушения мозга
Ученые Пенсильванского университета показали, как с помощью молекулярного инструмента, получившего название CHARM, отредактировать «эпигеном». В отличие от CRISPR/Cas9, который вырезает и меняет фрагменты самого гена, CHARM прикрепляет к ДНК химические метки (метильные группы) и меняет активность гена. У мышей CHARM заставил замолчать ген, который производит вредные белки, вызывающие прионную болезнь в нейронах головного мозга.
Как остановить смертельные прионы
Прионные заболевания вызываются неправильно свернутыми прионными белками (PrP), которые слипаются и разрушают нейроны. Это может привести к таким состояниям, как фатальная семейная бессонница — редкое генетическое заболевание, которое лишает людей сна и приводит к смерти.
В 2021 году биохимик Джонатан Вайсман и его коллеги из Массачусетского технологического института разработали CRISPRoff3 — молекулярный инструмент, который добавляет к цепи ДНК химическую метку (метильную группу). Это снижает активность генов без изменения генома. Но оказалось, что этот инструмент невозможно доставить в клетки мозга, потому что его генетические компоненты слишком велики, чтобы поместиться в аденоассоциированный вирус (AAV) — обычное средство доставки генной терапии внутрь клеток.
Новый редактор эпигенома
Чтобы решить эту проблему, Вайсман и его коллеги разработали CHARM, который использует особые молекулы, так называемые «белки цинковых пальцев», для направления на целевые гены. Эти белки достаточно малы, чтобы их можно было доставить в векторе AAV.
Исследователи настроили CHARM для активации ДНК-метилтрансфераз. Это ферменты, которые обычно есть в клетках и как раз предназначены природой для метилирования ДНК и изменения экспрессии генов. CHARM приносит в клетку очень мало нового материала. «Это снижает токсические эффекты, связанные с добавлением молекул, чужих для клетки», — говорит Вайсман. — «Единственное, что мы изменяем в клетке, — это ее способность экспрессировать прионный белок».
Когда исследователи ввели CHARM в мозг мышей, они обнаружили, что он снижает экспрессию PrP более чем на 80% по всему мозгу — намного больше, чем минимальный уровень, необходимый для достижения терапевтического эффекта. Причем CHARM отключается и распадается после завершения работы по подавлению генов и не может нанести вред клетке.
CHARM можно использовать и для лечения других заболеваний, вызванных накоплением аномальных белков, таких как болезнь Паркинсона и Альцгеймера, добавляет Вайсман: «Мы знаем, что эпигенетическое "молчание" работает для большинства генов».