Геномное редактирование – передовое направление современной науки – стало темой очередного заседания Клуба молодых ученых 16 ноября.

«Мы будем разбирать, что такое геномное редактирование, почему оно так на слуху и почему до сих пор не вошло прочно в нашу жизнь, – обозначила проблематику встречи модератор Светлана Смирнихина, руководитель лаборатории редактирования генома Медико-генетического научного центра имени академика Н.П. Бочкова. – Сегодня у нас выступят представители трех учреждений, которые занимаются геномным редактированием в генотерапевтических целях, то есть для лечения заболеваний».

Открыл заседание Александр Лавров, ведущий научный сотрудник Медико-генетического научного центра имени академика Н.П. Бочкова, докладом «Роль геномного редактирования в генно-клеточных технологиях: подходы к терапии муковисцидоза».

Геномное редактирование – один из инструментов генной терапии. Генная терапия – явление более широкое и давно существующее, это совокупность методов воздействия на гены с целью корректировки их повреждений.

Классический метод – генозаместительная терапия– применяется уже несколько десятков лет и заключается в том, что вместо неправильно работающего гена добавляется его нормальная копия. Для такой терапии необходимо разрабатывать специальные системы доставки (обычно используют так называемые вирусные векторы).

«При геномном редактировании исправляются непосредственно сами гены. Геномное редактирование и генно-клеточную терапию можно совмещать. Взять клетки человека, ex vivo в лаборатории их геномодифицировать, затем отобрать надежно, хорошо, правильно работающие клетки с исправленными генами, и трансплантировать их обратно», – объяснил Александр Лавров.

Исследователи всего мира работают над применением генной терапии для лечения наследственных заболеваний, в том числе муковисцидоза. Это тяжелое заболевание относится к орфанным, то есть редким заболеваниям, однако среди орфанных заболеваний встречается часто: 1 случай на 7-10 тысяч новорожденных.

«При муковисцидозе повреждается ген, кодирующий белок, необходимый для транспорта хлора из клетки наружу, что важно для выделения мукоцелиарной слизи в легких. В результате нарушения работы хлорного канала слизь загустевает, развивается застой, инфекции, возникает фиброз легких. Кроме легких поражаются и другие органы», – рассказал ученый.

Раньше дети, родившиеся с таким генетическим нарушением, умирали в первые годы жизни. В наши дни за счет симптоматического и, в последние годы, патогенетического лечения, ожидаемая продолжительность жизни таких больных около 40 лет. Однако этиологической терапии, то есть устраняющей причины заболевания, до сих пор нет.

Несмотря на то, что исследования в этом направлении продолжаются, в целом на сегодняшний день генозаместительная терапия не может быть эффективным методом. Напротив, геномное редактирование позволяет сделать исправления в геноме стволовых клеток, которые будут делиться и обновлять клетки легкого, постепенно заменяя клетки с мутантным геном на клетки с исправленным геном.

В 2012 году несколько коллективов буквально одновременно опубликовали статьи о том, как можно производить геномное редактирование, а в 2020 году – это один из примеров очень быстрого получения Нобелевской премии – ею были удостоены Эммануэль Шарпентье и Дженнифер Дудна «за развитие метода редактирования генома».

Преимущества геномного редактирования над геннозаместительной терапией: однократное лечение, долговременный эффект, физиологичность. Сейчас в Медико-генетическом научном центре имени академика Н.П. Бочкова ведутся исследования по проведению геномного редактирования при муковисцидозе. Проводятся эксперименты по увеличению эффективности и точности редактирования, использованию разных типов систем доставки.

Темой следующего выступления стало «Применение CRISPR-Cas9 для создания мышиной модели и генной терапии миодистрофии Дюшенна». Об исследованиях в этой области рассказала Татьяна Егорова, руководитель лаборатории генной терапии «Марлин Биотех», научный сотрудник лаборатории моделирования и терапии наследственных заболеваний Института биологии гена РАН.

Миодистрофия Дюшенна – это редкое наследственное заболевание, которым болеют исключительно мальчики. Его вызывает мутация в гене, который кодирует белок дистрофин. Структура этого белка напоминает пружину – при сокращении мышц он выполняет роль амортизатора.

Когда дистрофина нет, целостность мышечного волокна нарушается. Возникают воспаления и атрофия ткани в мышцах, потеря мышечной массы. Пациенты теряют способность к самостоятельному передвижению и в конечном итоге погибают в результате отказа сердечной и дыхательной мышц, не доживая до 30 лет. Пока не существует методов, которые бы радикально останавливали эту болезнь. Поиски патогенетической терапии этого заболевания основаны на двух подходах: универсальном (заместительная генная терапия) и специфическом для мутаций (экзон-скриппинг и редактирование генома).

Исследование Татьяны Егоровой посвящено новой мутации в гене дистрофина, обнаруженной у пациента. Эксперименты проводились на мышах. Сначала удалось получить линию животных с таким же генетическим нарушением, как у больного человека. Затем было проведено редактирование генома, которое обеспечило экспрессию исправленного гена на уровне 30%. Это привело к улучшению мышечных функций и восстановлению экспрессии дистрофина.

Завершился Клуб молодых ученых докладом «Геномная хирургия митохондрий человека» старшего научного сотрудника Сколковского института науки и технологий Ильи Мазунина.

Он отметил, что предыдущие два доклада касались редактирования ядерной ДНК в целом. Однако в клетках есть еще один источник ДНК, это митохондрии. Иногда их  называют «энергостанциями» клеток. В них происходит синтез АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты), гидролиз которой дает клетке энергию для существования.

«Мутации митохондриальных ДНК (мтДНК) могут приводить к нарушению синтеза АТФ, и это вызывает различные патологии. Они сопровождаются не связанными, на первый взгляд, симптомами, поэтому врачи не сразу находят причину заболевания. Но если немного поразмыслить, становится понятно, что в основном нарушения происходят в энергозависимых тканях. После генетических анализов обнаруживаются эти мутации», – рассказал Илья Мазунин. Кроме того, патогенные мутации мтДНК являются характерным признаком старения организма.

Манипуляции с использованием в качестве инструмента систем редактирования ДНК иногда называют «геномной хирургией», а сам этот инструмент – «молекулярными ножницами». К реальной хирургии эти термины не имеют отношения, но провести аналогию возможно.

«Представьте операцию на сердце взрослого человека, – предложил он. – Операция сложная, но делается многими. Сравним ее с использованием систем редактирования в отношении ядерных ДНК. А теперь представьте операцию на сердце плода в утробе матери, такие операции тоже существуют. Чувствуете разницу? Это работа более филигранная, требующая особых инструментов и навыков. Так же и митохондрии, которые являются, по сути, клеткой внутри клетки, требуют особых подходов».

Завершился Клуб молодых ученых, как обычно, вопросами к докладчикам и дискуссией между всеми участниками.

Клуб молодых ученых создан под эгидой Департамента образования и науки города Москвы. Организатор встречи – Корпоративный университет московского образования. Членами Клуба могут стать лауреаты Премии Правительства Москвы молодым ученым.