Новые инструменты редактирования генома: Prime Editing и SeekRNA

Prime Editing и SeekRNA открывают новую эру в редактировании генома, потенциально превосходя широко используемую технологию CRISPR-Cas9 по точности и гибкости. Эти передовые инструменты обеспечивают снижение нецелевых эффектов и минимальные побочные эффекты по сравнению с методами, основанными на двухцепочечных разрывах, позволяя осуществлять высокоспецифичные вставки или удаления последовательностей ДНК.

Prime Editing, разработанный командой Дэвида Лю в Институте Брода, использует модифицированный фермент Cas9, сконструированный для разрезания только одной цепи ДНК (надрезатель или "никаза"). Он работает в сочетании с прайм-редактирующей направляющей РНК (pegРНК), которая направляет редактор к целевому участку и содержит РНК-матрицу для желаемого редактирования. Фермент обратной транскриптазы, соединенный с никазой, затем синтезирует новую цепь ДНК непосредственно из РНК-матрицы и встраивает ее в месте надреза. Этот механизм "поиска и замены" значительно снижает риск нежелательных мутаций, часто связанных с двухцепочечными разрывами (ДЦР), обеспечивая большую точность нацеливания на определенные генетические последовательности по сравнению с традиционной CRISPR-Cas9, которая обычно создает ДЦР, восстанавливаемые потенциально подверженными ошибкам клеточными путями.

• Универсальность: Prime Editing теоретически способен исправить примерно 89% известных патогенных генетических вариантов человека, благодаря своей способности выполнять различные типы редактирования, такие как точечные мутации и небольшие вставки/удаления.
• Успешные испытания: Технология была успешно продемонстрирована на клетках человека и мыши, исправляя мутации, ответственные за такие заболевания, как серповидно-клеточная анемия и болезнь Тея-Сакса в клеточных моделях.

SeekRNA, разработанная исследователями, в том числе из Сиднейского университета, использует программируемую цепь РНК для направления другого типа молекулярной машины для вставки генетической последовательности. В ней часто используется компактный белок (такой как IscB, предок Cas9), соединенный с обратной транскриптазой. Под управлением РНК этот комплекс идентифицирует целевой участок ДНК и непосредственно синтезирует и интегрирует новую последовательность ДНК, матрицей для которой служит молекула РНК, часто используя транспозазоподобный механизм. Этот подход направлен на упрощение процесса редактирования и потенциальное снижение ошибок по сравнению с CRISPR, поскольку он может функционировать как относительно автономная единица для целенаправленной вставки ДНК без индукции ДЦР.

• Эффективная доставка: Системы SeekRNA могут быть относительно компактными (например, с использованием более мелкого белка IscB по сравнению с Cas9 и направляющей/матричной РНК), что потенциально облегчает их доставку в клетки с использованием биологических наноразмерных носителей, таких как везикулы или липидные наночастицы.
• Многообещающие результаты: Технология продемонстрировала успешную целенаправленную вставку ДНК в бактериях, и в настоящее время ведутся исследования, направленные на ее применение в более сложных эукариотических клетках, включая клетки человека.

Хотя CRISPR-Cas9 произвела революцию в генной инженерии, она имеет ограничения, прежде всего риск нецелевых мутаций и непреднамеренных вставок или удалений (инделов) в целевом участке в результате репарации двухцепочечных разрывов ДНК. Prime Editing и SeekRNA направлены на обход этих проблем. Prime Editing минимизирует риск, делая надрез только в одной цепи ДНК. SeekRNA использует иной механизм, включающий РНК-управляемую обратную транскрипцию и интеграцию, также избегая необходимости в ДЦР для целенаправленных вставок. Избегание ДЦР имеет решающее значение, поскольку репарация ДЦР, особенно по пути негомологичного соединения концов (NHEJ), может привести к непредсказуемым и потенциально вредным мутациям или более крупным хромосомным перестройкам.

Эти достижения в точности, гибкости и безопасности позиционируют Prime Editing и SeekRNA как весьма перспективные альтернативы или дополнения к CRISPR-Cas9. Они обладают потенциалом для широкого спектра применений в медицине (разработка методов лечения генетических заболеваний), сельском хозяйстве (улучшение сельскохозяйственных культур) и биотехнологических исследованиях. Хотя многие применения, особенно терапевтические, находятся на более ранних стадиях разработки по сравнению с некоторыми методами лечения на основе CRISPR, которые уже проходят клинические испытания, эти новые инструменты открывают захватывающие возможности для лечения генетических заболеваний и продвижения исследований в различных областях, позволяя осуществлять более эффективные и надежные генетические модификации с потенциально меньшим количеством непредвиденных последствий.