Исследователи из Broad Institute of MIT and Harvard совершили прорыв в технологии редактирования генома, разработав новый метод доставки инструментов прайм-редактирования в клетки живых организмов. Данное достижение, подробно описанное в исследовании, опубликованном в журнале Nature Biotechnology, демонстрирует применение сконструированных вирусоподобных частиц (engineered virus-like particles, eVLPs) для транспорта компонентов прайм-редакторов с высокой эффективностью, что позволило частично восстановить зрение у мышей с генетическими нарушениями.
Прайм-редактирование (prime editing), известное своей способностью корректировать широкий спектр патогенных генетических мутаций, впервые было эффективно применено в живых организмах. Адаптировав eVLPs, первоначально разработанные для доставки базовых редакторов (base editors), исследователи значительно повысили эффективность прайм-редактирования. Данный метод успешно скорректировал мутации у мышиных моделей генетической слепоты, частично восстановив зрение, а также продемонстрировал безопасное применение в головном мозге мышей без признаков нецелевых эффектов (off-target effects).
Система прайм-редактирования, состоящая из белка Cas9, направляющей РНК для прайм-редактирования (prime editing guide RNA, pegRNA) и обратной транскриптазы, ранее сталкивалась с трудностями при доставке в живые клетки. Старший автор исследования, Дэвид Р. Лю (David R. Liu), PhD, подчеркнул новизну подхода: «Данное исследование представляет собой первый случай, когда доставка комплексов белок-РНК была использована для достижения терапевтического прайм-редактирования у животного».
Чтобы преодолеть ограничения традиционных методов доставки, команда исследователей провела комплексную реконструкцию как eVLPs, так и механизма прайм-редактирования. Усовершенствования коснулись упаковки, высвобождения и доставки компонентов редактирования, что привело к драматическому повышению эффективности. «Когда мы объединили все улучшения вместе, мы достигли примерно 100-кратного повышения эффективности по сравнению с исходными eVLPs», — пояснил Лю.
Эффективность новой системы доставки была протестирована на мышах с генетическими мутациями, вызывающими пигментный ретинит (retinitis pigmentosa) и форму слепоты, известную как врожденный амавроз Лебера (Leber congenital amaurosis, LCA). Модифицированные eVLPs скорректировали мутации в 20% клеток сетчатки, что привело к частичному восстановлению зрения. Кроме того, успешное редактирование генов было достигнуто в головном мозге живых мышей, что стало значительным шагом вперед в генной терапии.
Пигментный ретинит и врожденный амавроз Лебера являются генетическими нарушениями, приводящими к прогрессирующей потере зрения и слепоте. Ретинит характеризуется постепенной дегенерацией сетчатки, поражающей палочки и колбочки — клетки, отвечающие за световосприятие, что ведет к куриной слепоте и сужению полей зрения. Врожденный амавроз Лебера, напротив, представляет собой более тяжелую форму наследственной дистрофии сетчатки, проявляющуюся при рождении или в раннем младенчестве, и приводит к значительному нарушению зрения из-за мутаций, влияющих на развитие и функцию сетчатки.
Основываясь на этих многообещающих результатах, исследователи планируют продолжить совершенствование технологии eVLPs для нацеливания на другие ткани и заболевания. Лю выразил оптимизм в отношении будущего редактирования генов, подчеркнув важность доставки редактирующих механизмов в виде белков для минимизации потенциальных побочных эффектов. Данное исследование не только открывает новые пути лечения генетических заболеваний, но и задает стандарт для безопасной и эффективной доставки инструментов редактирования генома.