В ходе проекта, инициированного исследователями из Калифорнийского Университета Сан-Франциско (University of California, San Francisco, UCSF), ученые изобрели новую стратегию точной модификации Т-лимфоцитов человека с использованием системы редактирования генома, известную как CRISPR/Cas9. В связи с тем, что клетки иммунной системы играют важную роль в ряде заболеваний, от диабета до СПИДа и рака, достижение представляет собой новый разносторонний метод исследования функций Т-клеток, а также способ терапии многий серьезных заболеваний.
Используя новаторский подход, исследователям удалось деактивировать белок CXCR4 на поверхности Т-клеток, который может использоваться ВИЧ при их инфицировании и развитии СПИДа. Группа ученых также успешно выключила белок PD-1, привлекающий внимание в быстро развивающейся области противораковой иммунотерапии, поскольку исследователи продемонстрировали, что использование препаратов, блокирующих PD-1, вызывает атаку опухоли Т-лимфоцитами.
Система CRISPR/Cas9 вызывает интерес не только ученых, но и общественности, поскольку делает возможным легкое и недорогое редактирование генетической информации, теоретически, в любом организме. Т-клетки, циркулирующие в крови, являются очевидными кандидатами для медицинского применения технологии, поскольку они не только находятся в центре многих патогенных процессов, но их можно легко получить у пациентов, подвергнуть редактированию, и затем возвратить в организм для развития терапевтического действия.
Однако практически редактирование геномов Т-лимфоцитов с помощью CRISPR/Cas9 оказалось удивительно сложным, утверждает Александр Марсон, главный автор публикации. «Редактирование генома Т-клеток человека стало существенной проблемой. Мы потратили последние полтора года, пытаясь оптимизировать редактирование в функциональных Т-клетках. Существует множество потенциальных терапевтических областей применения метода, и мы хотим быть уверенными, что развиваем его настолько, насколько можем», – говорит ученый.
Настоящая работа была выполнена при содействии Инновационной Геномной Инициативы (Innovative Genomics Initiative, IGI) - совместной программы UCSF и Калифорнийского Университета Беркли, возглавляемой Дженнифер Доудна и профессором клеточной и молекулярной фармакологии UCSF Джонатаном Вайссманом.
Cas9 – фермент системы CRISPR, делающий разрезы в последовательности ДНК и позволяющий вставить в нее новую генетическую информацию, – внедряется в клетки с использованием вирусов или кольцевых фрагментов ДНК, называемых плазмидами. На следующем этапе в клетку вводится генетическая конструкция, известная как РНК-гид, направляющая фермент в определенные участки ДНК, где необходимы надрезы.
Однако до недавнего времени метод редактирования Т-лимфоцитов человека с помощью системы CRISPR/Cas9 был неэффективен, поскольку успешной модификации подвергалась относительно небольшая доля клеток. Несмотря на то, что ученым удалось достичь успеха в выключении генов путем вставки или удаления случайных последовательностей, у них все еще не получалось использовать CRISPR/Cas9 для вставки (или «включения») специфических новых последовательностей для коррекции мутаций Т-клеток.
Как сообщается в он-лайн публикации журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, группа исследователей, возглавляемая первым автором статьи Катрин Шуманн, являющейся сотрудником лаборатории Марсона, и Стивеном Лин из лаборатории Доудна, решила эти проблемы, усилив доставку Cas9 и РНК-гида в клетки.
В лабораторных условиях группа собрала Cas9-рибонуклеопротеины (РНП), сочетающие белок Cas9 с РНК-гидом. Затем они использовали метод электропорации, при котором клетки экспонируются в электрическом поле, повышающем проницаемость их мембран, для быстрой доставки РНП внутрь.
Благодаря такой инновации исследователи смогли успешно редактировать CXCR4 и PD-1, вставив новые последовательности вместо определенных «букв» в гены этих белков. Затем исследовательская группа отсортировала клетки, используя маркеры клеточной поверхности, чтобы выделить успешно отредактированные клетки для дальнейшего исследования и, возможно, терапевтического использования.
Марсон подчеркивает, что, в отличие от редактирования эмбрионов человека посредством метода CRISPR/Cas9, сообщение о котором вызвало споры, Т-клетки создаются заново в каждом человеке, поэтому их модификации не будут переданы следующим поколениям. Ученый надеется, что Cas9-терапия заболеваний, связанных с Т-лимфоцитами, к которым относятся различные аутоиммунные нарушения и, в том числе, тяжелый комбинированный иммунодефицит, в будущем будет внедрена в клинику.
«Дорожка внедрения модифицированных Т-клеток в организм пациента уже хорошо проторена. Существуют компании, которые занимаются этим методом и работают над безопасностью терапии, и существует разрастающаяся клиническая инфраструктура, которую мы могли бы дополнить по мере разработки более точных деталей геномного редактирования, – рассказывает Марсон, – Я думаю, что редактированные Т-клетки будут напрямую вводиться пациентам, и было бы ошибкой не думать о шагах, которые необходимо предпринять для эффективности и безопасности».
Источник: CBIO.RU
