• Facebook
  • Twitter
  • Reddit
  • електронна поща
  • Печат

Тежко ново проучване показва, че терапиите с CRISPR могат да намалят мазнините, без да режат ДНК. В статия, публикувана на 13 декември 2018 г. в списание Science, изследователите от UC San Francisco описват как модифицирана версия на CRISPR е била използвана за засилване на активността на определени гени и предотвратяване на тежко затлъстяване при мишки с генетични мутации, които ги предразполагат към крайност качване на тегло. Важно е, че изследователите постигнаха дълготраен контрол на теглото, без да направят нито едно редактиране на генома.

Въпреки че човешкият геном съдържа две копия на всеки ген в даден индивид, по един от всеки родител, учените знаят за поне 660 гена, при които мутация в само едно копие може да доведе до заболявания, някои от които са опустошителни. Едно такова състояние е тежкото затлъстяване, което авторите на новото проучване използват като модел за разработване на нов терапевтичен подход за лечение на тези разстройства.

присъединява

Надав Ахитув (вдясно), доктор, работи в лабораторията си с постдок Fumitaka Inoue.

Мутациите в едно копие на SIM1 или MC4R - два гена, критични за регулиране на глада и засищането - са най-често наблюдаваните мутации при силно затлъстели индивиди. Когато и двете копия на тези гени функционират, хората обикновено са в състояние да управляват приема на храна. Но мутациите могат да направят едно копие нефункционално, принуждавайки тялото да разчита изключително на едно работно копие, което само по себе си не сигнализира в достатъчна степен за насищане, оставяйки засегнатите лица с неумолим апетит. В резултат на това те не могат да контролират приема на храна и в крайна сметка са силно затлъстели. Но скорошният напредък в технологията CRISPR може да предложи решение.

„Смятахме, че ако можем да увеличим дозата на съществуващото функционално копие на гена, бихме могли да предотвратим много човешки заболявания при индивиди, притежаващи тези мутации“, каза д-р Надав Ахитув, професор по биоинженерство и терапевтични науки и старши автор на новата проучване. „Успяхме да постигнем това с помощта на нова технология, базирана на CRISPR, разработена точно тук, в UCSF.“

CRISPRa активира гените, потискащи апетита

Въпросната технология е CRISPRa (a за активиране). Разработен в UCSF в лабораторията на д-р Джонатан Вайсман, професор по клетъчна и молекулярна фармакология, CRISPRa се различава от конвенционалния CRISPR по това, че не прави съкращения на генома. Той запазва системата за насочване на CRISPR, която може да бъде програмирана да влезе в определена ДНК последователност, но замества молекулярните ножици с копче за контрол на силата на звука. Когато CRISPRa намери целта си, той усилва активността на този ген. Не се правят редакции.

Разпознавайки потенциала му, изследователите създадоха системи CRISPRa, насочени към последователности, които регулират дейността на SIM1 или MC4R. Те използваха система за вирусно доставяне, за да въведат тези CRISPRa конструкции в областите за контрол на глада на мозъка при мишки, които са генетично конструирани да имат само едно функционално копие на двата гена.

Мишките, които са получили конструкциите CRISPRa, са произвели повече SIM1 или MC4R от тези, които не са го получили. Освен това количествата са сравними с това, което обикновено произвеждат мишките с две работни копия на тези гени. Най-важното е, че увеличената доза беше достатъчна, за да предотврати затлъстяването на мишките.

„Резултатите бяха драматични. Мишките, на които липсваше едно копие на гена Sim1, получиха инжекции CRISPRa на четири седмична възраст и поддържаха здравословно телесно тегло като нормалните мишки. Мишките, които не са получили инжекции с CRISPRa, не са могли да спрат да се хранят. Те започнаха да напълняват на шестседмична възраст и когато бяха на 10 седмици, те бяха със затлъстяване на редовна диета ”, каза д-р Навнеет Матару, изследовател в лабораторията на Ахитув и водещ автор на новото проучване.

Третираните с CRISPRa мишки са с 30 до 40 процента по-леки от необработените си колеги. Ефектите също бяха дълготрайни. Изследователите наблюдават мишките в продължение на 10 месеца - значителна част от нормалния живот на мишката - и установяват, че тези, които са получили еднократно лечение с CRISPRa, поддържат здравословно тегло по време на наблюдението си.

„Тези резултати показват, че CRISPRa може да се използва за увеличаване на дозата на гените при заболявания, които са резултат от липсващо копие, осигурявайки потенциално лекарство за определени форми на затлъстяване, както и стотици други заболявания“, каза Matharu.

CRISPRa може да преодолее границите на редактиране на гени

Изследователите смятат, че биха могли да постигнат подобни резултати, като използват CRISPR за редактиране на геномите на тези мишки, но те твърдят, че CRISPRa има редица предимства пред стандартната версия на технологията за редактиране на гени.

„За терапевтични цели CRISPRa може да е за предпочитане пред конвенционалния CRISPR. Той решава много от проблемите, свързани с извършването на постоянни модификации на генома, и има потенциал да лекува различни генетични заболявания, за които редактирането на гени не е опция “, каза д-р Кристиан Вайс, д-р Вера М. Дълго дарен председател по изследвания на диабета в UCSF и съавтор на изследването.

Въпреки че CRISPR е насочен към специфични ДНК последователности, са наблюдавани нецелеви ефекти. С конвенционалния CRISPR това може да доведе до неволни, но трайни промени в генома с потенциално вредни резултати. Въпреки това, нецелевите ефекти, свързани с CRISPRa, са по-малко вероятно да навредят, тъй като не се правят постоянни промени. Всъщност, новото проучване показва, че използването на CRISPRa за насочване на промотори и подобрители - некодиращи ДНК последователности, които контролират кога и къде е включен ген - изглежда предотвратява нецелеви ефекти, като същевременно ограничава желаните ефекти към специфични тъкани от интерес.

Изследователите също така отбелязват, че CRISPRa може да се използва за лечение на други видове генетични заболявания. Понастоящем болестите, възникващи от така наречените микроделеции - термин, който се противопоставя на загубите на големи хромозомни сегменти, обхващащи милиони нуклеотиди и множество гени - понастоящем са твърде големи, за да могат да се възстановят конвенционалните CRISPR. В такива случаи CRISPRa може да се използва за компенсиране на делецията чрез увеличаване на активността на няколко гена върху незасегнатото копие на хромозомата. И в случаите, когато генът е напълно загубен, CRISPRa може да активира друг ген с подобна функция, за да компенсира липсващия ген, казват изследователите.

„Въпреки че това конкретно проучване се фокусира върху затлъстяването, ние вярваме, че нашата система може да бъде приложена във всяка ситуация, в която наличието на само едно функционално копие на гена води до заболяване“, каза Ахитув. „Нашият метод демонстрира огромен терапевтичен потенциал за множество заболявания и ние показваме, че можем да постигнем тези предимства, без да правим никакви промени в генома.“

Автори: Допълнителни автори на UCSF към статията включват Sawitree Rattanasopha, Serena Tamura, Lenka Maliskova, Yi Wang, PhD, Adelaide Bernard, Aaron Hardin, PhD и Walter L. Eckalbar, PhD. Rattanasopha също е свързан с университета Chulalongkorn.

Финансиране: Това проучване беше подкрепено от безвъзмездни средства 1R01DK090382, R01DK106404 и R01DK60540-09 от Националния институт по диабет и храносмилателни и бъбречни заболявания; Центърът за изследване на храненето и затлъстяването на UCSF, финансиран от безвъзмездните средства на Националните здравни институти P30DK098722; Училището по фармация на UCSF 2017 Мери Ан Кода-Кимбъл награда за иновации; Грант на Националния институт по рака 1R01CA197139; Грант на Националния институт за психично здраве 1R01MH109907; Грант на Националния институт за детско и човешко развитие 1P01HD084387; Национален институт за изследване на човешкия геном грант 1UM1HG009408; програмата UCSF Catalyst; стипендията за докторска програма Royal Golden Jubilee PHD/0071/2554; наградата на наставника на Американската асоциация за диабет 7-12-MN-79; и наградата на Националния институт за общи медицински науки Институционални изследвания и развитие на академичната кариера K12GM081266.

Оповестяване: Ахитув е притежател на капитал и ръководи научния консултативен съвет за Encoded Therapeutics, компания за генна регулаторна терапия. Ахитув и Матару са съоснователи на Enhancer Therapeutics Inc.

UC San Francisco (UCSF) е водещ университет, посветен на насърчаването на здравето в световен мащаб чрез усъвършенствани биомедицински изследвания, обучение на висше образование в областта на науките за живота и здравните професии и високи постижения в грижите за пациентите. Включва най-високо класираните висши училища по стоматология, медицина, медицински сестри и фармация; дипломно отделение с национално известни програми по основни, биомедицински, транслационни и популационни науки; и първокласно предприятие за биомедицински изследвания. Той също така включва UCSF Health, който включва три най-високо класирани болници - UCSF Medical Center и UCSF Benioff Children’s Hospital в Сан Франциско и Оукланд - както и психиатричната болница и клиники Langley Porter, UCSF Benioff Children’s Physicians и UCSF Practice Practice. UCSF Health има връзки с болници и здравни организации в района на залива. Факултетът на UCSF също така предоставя всички медицински грижи в обществената болница и център за травми в Зукърбърг в Сан Франциско и в медицинския център SF VA. Програмата за медицинско образование на UCSF във Фресно е основен клон на Калифорнийския университет, Медицинското училище в Сан Франциско.