О генетической панацее от рака
В новом материале, опубликованном на страницах журнала Nature Methods, специалисты из Китая предложили уникальный метод борьбы с онкозаболеваниями при помощи инновационной системы CRISPR-Cas9. Дело в том, что у учёных получилось добиться перепрограммирования злокачественных клеток мышей и уменьшения размера опухолей. Раскроем же некоторые подробности прорывного открытия.
Не секрет, что жизнедеятельность всех организмов подчинена определённым сигнальным путям, которые сложились внутри него. Отдельные молекулы включают и выключают гены в разных тканях, контролируют белковую активность в них, а также выполняют конкретные функции – к примеру, борются с вторгшимися бактериями либо вирусами. Исследователи постепенно распутывают архисложные внутриклеточные схемы, применяя всевозможные технологии. Главной целью является установление взаимосвязи между сигналом, который поступает из окружающего пространства, и изменениями в состоянии клетки. Благодаря этому добиваются контроля над ДНК и, соответственно, всей клеткой
В целях модификации сигнальных схем используются специальные молекулы, соединяющиеся с ДНК светочувствительные белки и прочие методы. Но они всегда требуют огромных усилий и много времени (для всякого гена конструируется свой регулятор). Вот почему биотехнологи находятся в поиске относительно быстрого и дешёвого способа раскрытия внутреннего мира клетки. Предполагается, что это будет технология, которая умеет интегрировать данные, содержащиеся в различных молекулах не связанных никоим образом друг с другом.
Одна из самых многообещающих методик базируется на известной системе CRISPR-Cas9, которая редактирует геном при внесении точечных изменений в ДНК. Проблема заключается в следующем. Сфера использования такой системы ограничено реальной неспособностью белков Cas9 к взаимодействию с разнообразными сигнальными молекулами. Но китайским научным мужам, работающим в Шэньчжэньском университете, удалось адаптировать CRISPR-Cas9 к упомянутым сигнальным путям.
К сведению, CRISPR-Cas9 представляет собой своеобразную иммунную систему бактерии против опасных вирусов. В её состав включены ДНК-кассеты (речь идёт о, собственно, CRISPR), которые сформированы повторяющимися участками и спейсерами – уникальными последовательностями, разделяющими их. Отметим, что спейсеры – это настоящие «слепки» ДНК агрессивных вирусов-бактериофагов, которые не только проникают внутрь бактерий, но уничтожают их в отсутствие хорошего сопротивления. Бактерия обречена в тех случаях, если все без исключения спейсеры не соответствуют какому-нибудь фрагменту ДНК вируса. Иначе спейсер точно нацеливается на конкретный ген бактериофага и показывает белку Cas9 (речь идёт о «молекулярных ножницах»), где именно произвести надлежащий разрез.
Китайские специалисты решили поместить систему CRISPR-Cas9 в основу платформы, соединяющей РНК-гид (сокращённо – гРНК) и рибопереключателями, что позволило прийти к созданию нового класс молекулярных комплексов, который были названы сигнальными кондукторами.
Рибопереключатели – это особенные участки матричной РНК (сокращённо – мРНК), могущие связываться с малыми молекулами. В конечном счёте происходит изменение пространственной структуры мРНК, что оказывает влияние на её способность обеспечивать синтез соответствующего белка на рибосомах.
Далее учёные слегка модифицировали РНК-гид путём соединения его с аптамером – молекулой, которая призвана получать сигнал через связь со специфическим веществом. Значит, гРНК следует считать гибридом, состоящим из рибопереключателя и модуля-носителя белка Cas9, который активирует или подавляет ген. При отсутствии должного сигнала наблюдается спаривание нуклеотидов модуля друг с дружкой по принципу комплементарности. В результате образуется «стебель», отчего гРНК лишается возможности добиться контакта с ДНК, и внести нужные изменения в неё.
Соединение аптамера с молекулой Б либо А, служащей к качестве сигнала, ведёт к структурным переменам в гРНК. В итоге она вступает в прямое взаимодействие с определённым участком гена (например, того, что отвечает за появление сигнала А или Б). Благодаря этому гидовая РНК трансформируется в платформу, ответственную за объединение детектирования входящего сигнала и формирования исходящего сигнала.
По единодушному мнению учёных, описанная система вполне способна к оптимальному перепрограммированию дефектных клеток, чтобы они занимались подавлением сигнала, который вызывает увеличение опухоли, и выработкой того, что приводит к её уменьшению. РНК-гид активируется сигналом, обычно вызывающим рак. Отныне в систему CRISPR-cas9 включены гена-супрессора, которые останавливают рост онкоклеток. В ходе другого эксперимента перепрограммированные клетки запускали процессы самоликвидации в присутствии тех или иных факторов онкогенного характера.
Новообразования у мышек с с модифицированными клетками меньше по своим размерам, чем новообразования у контрольных зверьков.