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:
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 2668 0 Научные открытия
0
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 1844 0 Научные открытия
0
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 2381 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 1597 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 1930 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 1896 0 Научные открытия
0
Российские физики открыли способ создания сверхтонких алмазов
Если углерод в виде нескольких слоев графена обработать водородом, он способен превращаться в диаман — сверхтонкую алмазную пленку. Открытие, которые совершила российско-американская группа физиков под руководством Павла Сорокина из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов, опубликовано ..
2014-02-07 1998 0 Научные открытия
0
Открытие поможет сделать солнечную энергию доступнее
Исследователи из Университета Альберты (The U of A) обнаружили, что самые распространенные материалы в земной коре могут быть использованы для создания солнечных батарей - недорогих и легко изготовляемых на основе наночастиц. Открытие от «The U of A» является важным шагом вперед в создании солнечной энергии ..
2013-09-6 1968 0 Научные открытия
0
Ученые создали символы ДНК-шрифта
Ученые разработали метод конструкции из ДНК микроскопических структур произвольной формы и применили его для создания букв, цифр и пиктограмм нанометрового размера. Работа опубликована в журнале Nature, ее краткое содержание приводит Nature News. В основу разработанного метода была заложена сборка ..
2012-05-31 1903 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 1959 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 2165 0 Научные открытия
3
Математики помогут ускорить интернет
Сотрудники Массачусетского технологического института разработали теорию передачи информации в коммуникационных сетях, позволяющую оптимизировать емкость сетей и объем передаваемых данных. Работа разбита на две части, первая и которых опубликована в журнале IEEE Transactions on Information Theory. Препринты статей ..
2012-05-15 1661 0 Научные открытия
0
Учёные совершили невероятный прорыв в исследовании ДНК
Учёными разработан новый перспективный метод, продвигающий персонализированную медицину, сообщает «LightNews». Совсем недавно учёный Йохан Хоффманн, доктор Гюнтер Рот и профессор Роланд Ценгерле из «Department of Microsystems Engineering» (IMTEK) при «Университете Фрайбурга» (University of Freiburg) смогли одновременно скопировать ..
2012-08-11 2177 0 Научные открытия
0
Число Пи нашли в квантовой механике
Физик Карл Хаген и математик Тамар Фридман из Рочестерского университета в штате Нью-Йорк вывели формулу для числа Пи из квантовой механики. Результаты своих исследований авторы опубликовали в Journal of Mathematical Physics. В своей работе ученые использовали вариационный принцип для определения ..
2015-11-12 2807 0 Научные открытия
3
Японским биологам удалось решить проблему клонирования
Генетикам Центра экспериментальной биологии RIKEN в Кобе (Япония) удалось 25 раз осуществить последовательное клонирование мышей, каждый раз получая полностью здоровых, фертильных особей, живших по два года (для мышей это нормальная продолжительность жизни). Учёные использовали тот же метод клонирования, благодаря ..
2013-03-14 1726 1 Научные открытия
-1