Во всех живых клетках гены работают с разной интенсивностью: одни очень активны и обеспечивают продукцию большого количества нужного организму белка, а другие могут долгое время «молчать». Своевременное и точное включение нужных генов и поддержание их активности позволяет организму правильно развиваться и функционировать. При этом, управляя их активностью, можно изучать механизмы развития генетических заболеваний.
Ученые МГУ создали вирусный фермент, контролирующий активность генов
Биологи из МГУ им. Ломоносова предложили новую молекулярную систему для управления активностью генов. В ее основе лежит искусственно сконструированный комплекс на базе вирусного фермента, способный присоединяться к определенной последовательности гена-мишени и тем самым его активировать. Разработка поможет усовершенствовать метод генной терапии, который перспективен для лечения многих наследственных заболеваний, таких как гемофилия и иммунодефициты.
Sangharsh Lohakare @sangharsh_l. Unsplash.com
Вирусы могут быть очень полезными
Контроль за работой генов позволит увеличить точность систем редактирования генома и эффективность ряда генотерапевтических препаратов. Однако существующие на сегодняшний день системы направленной активации нужных генов несовершенны: их трудно доставлять в клетки из-за большого размера, а также они не всегда специфичны, то есть активируют помимо гена-мишени еще несколько других.
Вирусный фермент за работой
Ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) предложили новую компактную молекулярную систему, способную работать как искусственный белок-транскрипционный фактор и активировать только нужные гены. За основу ученые взяли вирусный фермент Cre-рекомбиназу, которая в норме разрезает молекулу ДНК строго в определенном месте, таким образом участвуя в процессе размножения вируса. При этом фермент находит место, в которое нужно внести разрыв, по последовательности букв-нуклеотидов в ДНК. Обнаружив этот «пароль», рекомбиназа связывается с молекулой ДНК.
Ученые использовали неактивную Cre-рекомбиназу, которая не может разрезать ДНК, но при этом точно находит нужное место в ДНК и связывается с ним. К Cre-рекомбиназе биологи присоединили фрагмент транскрипционного фактора, задача которого состояла в активации генов. В результате рекомбиназа доставляла активатор строго в нужные участки ДНК, а именно на искусственные промоторы — посадочные места для регуляторных белков. Избирательность рекомбиназы обеспечила высокую точность разработанной системы.
Ученые проверили предложенный метод на опухолевых клетках почечного эпителия человека, активировав с его помощью искусственно внесенный ген зеленого флуоресцентного белка, а также несколько других генов, в том числе кодирующий фактор роста, а также систему редактирования генома CRISPR/Cas9. Последний ген был выбран для того, чтобы проверить, можно ли использовать предложенную систему в генной терапии как способ повышения эффективности и специфичности CRISPR/Cas9.
Через двое суток светимость опухолевых клеток увеличилась до двадцати раз, и это доказало, что ген флуоресцентного белка успешно активировался. Кроме того, авторы подтвердили, что количество РНК, считанной с остальных исследованных последовательностей, возросло до 800 раз. Это подтвердило, что данная разработка может использоваться для активации самых разных генов при решении задач генной терапии, регенеративной медицины, биотехнологического производства и фундаментальных исследований.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Cells.
Источник: пресс-релиз РНФ.