Разработан безопасный метод исправления мутаций кроветворных клеток

Разработан безопасный метод исправления мутаций кроветворных клеток

Американские ученые разработали метод генетической коррекции на основе пептидонуклеиновых кислот, который в эксперименте эффективно устранил симптомы бета-талассемии у мышей. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Бета-талассемия — это наследственное заболевание, при котором нарушается синтез бета-субъединицы гемоглобина (бета-глобина). Это приводит к деформации и небольшому размеру эритроцитов и снижению продолжительности их жизни, повышенному количеству ретикулоцитов (незрелых эритроцитов) в крови, анемии разной степени тяжести и увеличению селезенки (иногда в десятки раз по сравнению с нормой).

Пептидонуклеиновые кислоты (ПНК) — это синтетические аналоги нуклеиновых кислот, в которых цепь из сахара (рибозы или дезоксирибозы) и остатков фосфорной кислоты заменена полиамидной псевдопептидной последовательностью, несущей азотистые основания. ПНК в виде олигомеров способны комплементарно связываться с нуклеиновыми кислотами. В случае двухцепочечной ДНК (ДНК/ДНК) некоторые ПНК могут вытеснять одну из цепей ДНК в комплементарном участке, образуя трехцепочечную спираль (ПНК/ДНК/ПНК). В живой клетке это приводит к запуску клеточных механизмов репарации (починки) ДНК. В присутствии «здорового» фрагмента ДНК эти механизмы восстанавливают геном в соответствии с ним, что позволяет проводить коррекцию отдельных мутаций. В отличие от распространенных методов редактирования генома, например CRISPR/Cas9, этот подход не требует привлечения сторонних ферментов-нуклеаз, что снижает риск нежелательных модификаций генома.

Сотрудники Университетов Йеля, Массачусетса и Карнеги-Меллон использовали в своей работе ПНК, замещенные в гамма-положении полиэтиленгликолем (гамма-ПНК) для лучшего связывания с ДНК. Гамма-ПНК, комплементарные несущему мутацию участку гена бета-глобина, вместе с соответствующими нормальными одноцепочечными фрагментами ДНК, поместили в наночастицы из полилактида-ко-гликолида, которые обеспечивают их проникновение в кроветворные стволовые клетки (КСК).

На первой стадии экспериментов ученые убедились, что такой препарат успешно корректирует геном КСК с приводящей к бета-талассемии мутацией in vitro. Затем они выяснили, что эффективность редактирования ДНК повышается при активации клеточных сигнальных путей, связанных с тирозинкиназным рецептором с-Kit (CD117), который присутствует у кроветворных клеток.

После этого они испытали методику на трансгенных мышах с мутантным человеческим бета-глобином (у таких животных наблюдаются все типичные симптомы заболевания). Сначала мышам вводили фактор стволовых клеток (SCF), активирующий с-Kit. Спустя три часа им внутривенно ввели наночастицы с гамма-ПНК и нормальной ДНК. Процедуру повторили четырежды с интервалом в два дня.

Спустя 35 дней в крови животных концентрация гемоглобина достигла нормальных значений и снизился уровень ретикулоцитов. Кроме того, у них уменьшились размеры и улучшилось гистологическое строение селезенки. Анализ ДНК показал, что уровень коррекции генома достигал семи процентов, причем побочные модификации встречались более чем в 1200 раз реже. Подобные эффекты сохранялись на протяжении 140 дней наблюдения.

Эффективность и безопасность методики подтвердили также в культуре человеческих кроветворных клеток.

«Комбинация доставки наночастицами, ПНК следующего поколения и SCF может стать минимально инвазивным и безопасным лечением генетических заболеваний крови, которое проводится путем простого внутривенного введения», — пишут исследователи. По их словам, разработанная методика подходит для лечения не только бета-талассемии, но и других наследственных гемоглобинопатий, таких как серповидноклеточная анемия.

Другим перспективным подходом к генетической модификации кроветворных клеток для лечения болезней крови, некоторых видов рака и хронических вирусных инфекций служит их генная терапия с помощью вирусного вектора, проводимая вне организма (у пациента забирают образец костного мозга, вносят в заданные клетки трансген и вводят их обратно). Недавно была разработана компактная полуавтоматическая система, которая позволяет проводить подобное вмешательство в условии медицинского учреждения без потребности в дорогостоящих лабораториях.

Олег Лищук

N+1

Похожие новости:
В клетках обнаружены прогнозирующие рак «часы смерти»
Вероятность развития рака у человека может быть предопределена двумя «часами» мутаций ДНК, обнаруженными практически во всех клетках организма человека. Об открытии сообщается на страницах журнала Nature Genetics, а коротко о нем рассказал New Scientist.Речь идет о мутациях в ДНК (изменениях отдельных ..
2015-11-11 2661 0 Научные открытия
0
Ученые нашли способ исправления мутаций в митохондриальной ДНК
Исследователи из Калифорнийского университета нашли способ исправления мутаций в митохондриальной ДНК человека. Теперь с помощью корректирующих РНК можно бороться с последствиями множества митохондриальных заболеваний. Мутации в митохондриальном геноме человека ответственны за ряд нервно-мышечных заболеваний, метаболических дефектов и старение. До сих пор не существовало методов для исправления ..
2012-03-15 2941 0 Научные открытия
0
Ученые раскрыли тайну генов-двойников
Генетики из Стэнфордского университета выяснили, почему некоторые копии генов, которые были удвоены в результате мутаций, сохраняются в геноме, несмотря на то, что большинство из них теряется или утрачивает свои функции. Оказалось, что гены-близнецы начинают поддерживать работу друг друга и потеря одного ..
2016-05-22 2180 0 Научные открытия
0
Расшифрован геном сперматозоида
Впервые расшифрован геном человеческой половой клетки. Об успешном завершении длившегося почти десятилетие процесса расшифровки полного генома сперматозоида объявила группа ученых из Стэнфордского университета. Результаты их работы опубликованы 20 июля в журнале Cell. По информации ScienceNews, ставшая объектом исследования ..
2012-07-22 2134 0 Научные открытия
0
Корейская мумия: разгадан генетический код гепатита В
Новое открытие мумифицированного корейского ребёнка с относительно сохранёнными органами позволило израильско-южнокорейской научной команде провести генетический анализ печени, который показал наличие уникального вируса «Гепатита В», распространённого в Юго-Восточной Азии, сообщает «PC-News.info». Дополнительный анализ древних ..
2012-05-31 2177 0 Научные открытия
0
Российские ученые обнаружили отвечающий за развитие инфаркта миокарда ген
Группа ученых из Московского государственного университета (МГУ) имени Михаила Ломоносова изучила генетические механизмы, стоящие за развитием атеросклеротических изменений сосудов, и обнаружила ген, отвечающий за развитие инфаркта миокарда. Исследование опубликовано в журнале International Journal of Clinical and Experimental ..
2016-04-08 2404 0 Научные открытия
3
Биологи научились незаметно редактировать геном стволовых клеток
Биологи из Калифорнийского университета разработали метод детекции мутаций, который позволяет «побуквенно» редактировать геном стволовых клеток и не оставлять при этом следов в их ДНК. Описание новой технологии опубликовано в журнале Nature Methods. Редактирование генома стало возможным благодаря использованию ..
2014-02-10 2030 0 Научные открытия
0
Генетические мутации в разных организмах срабатывают по-разному
Гены и белки у разных видов живых существ часто очень похожи по строению и функциям, и можно было бы ожидать, что неблагоприятная мутация, попав в такой белок, окажется одинаково плохой для любого «владельца» этого белка, будь он человек или мышь. Но, когда ..
2015-07-06 7097 0 Научные открытия
0
В МГУ разработали безопасный метод выделения РНК из живых организмов
Группа ученых из МГУ в сотрудничестве с коллегами из Института технологий биоресурсов в Гималаях представила простой и экологичный метод выделения РНК из клеток бактерий, растений и животных с целью обнаружения вирусов в них. Свою работу ученые опубликовали в журнале European Journal of Biotechnology and Science.Главной ..
2016-05-08 1860 0 Научные открытия
0
Обнаружена биологическая причина шизофрении
Ученые объявили о прорыве в исследовании шизофрении: впервые обнаружен ген, однозначно связанный с развитием этого сложного психического заболевания. Об открытии сообщается в журнале Nature.За последние годы в науке собрано немало информации о биологических корнях шизофрении — роли генных ..
2016-01-29 2914 0 Научные открытия
3
Science: пандемия H5N1 – как это делается
В последнем номере журнала Science – после 8 месяцев споров и разбирательств – опубликована, наконец, знаменитая статья группы голландских биологов о возможности как природных, так и управляемых мутаций в вирусе H5N1 (так называемый птичий грипп), которые приведут к глобальной ..
2012-06-23 1832 0 Научные открытия
0
Российские ученые расшифровали ДНК древнейшего дерева
Российским ученым удалось впервые в мире расшифровать последовательность цепочки ДНК древнего дерева метасеквойя, остатки которого были обнаружены на острове Аксель Хейберг на севере Канадского арктического архипелага. Возраст исследуемого материала оценивается в 50-55 миллионов лет. А результаты ..
2012-04-2 2052 2 Научные открытия
0
Ученые:человеческий мозг продолжает эволюционировать
Группа американских генетиков из Чикагского университета во главе с доктором биологии Брюсом Ланом опубликовала результаты своей научно-исследовательской работы. Согласно им, за размеры мозга «ответственны» двадцать различных генов. Пока исследованы всего два из них - микроцефалин и ASPM. Ученые обнаружили, что эти гены ..
2012-09-17 2218 0 Научные открытия
0
Белки Альцгеймера могут привести к нейронным пробкам
Ученые знали, что белок под названием пресенилин играет важную роль в болезни Альцгеймера. Новое же исследование раскрывает один интригующий способ, как все это происходит.8 октября в своей статье, опубликованной в журнале Human Molecular Genetics, исследователи из Университета штата Нью-Йорк в Буффало ..
2013-10-29 1835 0 Научные открытия
0
Ученые доказали возможность путешествия во времени
Многие из нас зачитывались в детстве Гербертом Уэллсом, а именно его самым известным произведением "Машина времени". Сейчас, когда мы повзрослели, путешествие во времени уже кажется нереальным и невозможным, но так ли это? Если верить физике, то путешествие во времени не опровергаются теорией относительности Энштейна. Следуя из теории, время ..
2011-10-15 6261 6 Научные открытия
1