Исследователи из Университета Джона Хопкинса говорят, что они успешно использовали естественный процесс клетки для создания белков, чтобы «вставить» генетические инструкции в клетку и произвести критические белки, отсутствующие в этих клетках. Если дальнейшие исследования подтвердят результаты проверки концепции, у ученых может появиться новый метод воздействия на определенные типы клеток при различных заболеваниях, которые можно лечить с помощью генной терапии. К таким расстройствам относятся нейродегенеративные заболевания, поражающие головной мозг, в том числе болезнь Альцгеймера, формы слепоты и некоторые виды рака.

По словам Сет Блэкшоу, для тех, кто хочет разработать методы лечения заболеваний, при которых клеткам не хватает определенного белка, крайне важно точно нацелиться на клетку, вызывающую заболевание, в каждой структуре, такой как мозг, чтобы безопасно запустить процесс производства белка определенными генами. Доктор философии, профессор неврологии в Департаменте неврологии Сола Снайдера и член Института клеточной инженерии Медицинской школы Университета Джона Хопкинса. Терапия, которая не нацелена точно на больные клетки, может иметь непреднамеренные эффекты в других здоровых клетках, добавляет он.

Два метода, используемые в настоящее время для доставки белковых пакетов в клетки, сильно различаются по своей эффективности как на животных моделях, так и на людях. «Мы хотели разработать инструмент доставки экспрессии генов, который широко применялся бы как в доклинических, так и в клинических моделях», — говорит Блэкшоу.

Один из современных методов отправки биохимических пакетов включает в себя так называемые «мини-промоторы», которые управляют экспрессией или процессом создания белка определенных участков ДНК. Блэкшоу говорит, что этот метод часто не может экспрессировать гены в нужном типе клеток.

Другой метод, называемый серотип-опосредованной экспрессией генов, включает в себя доставку инструментов, которые фиксируются на белках, покрывающих поверхность определенных типов клеток. Тем не менее, Блэкшоу говорит, что такие методы являются случайными в их способности целенаправленно воздействовать только на один тип клеток, и они часто не работают на людях даже после успешных испытаний на животных моделях.

Текущее экспериментальное исследование, описанное 1 октября в Nature Communications , уходит корнями в предыдущее исследование доцента кафедры патологии Университета Джона Хопкинса Джонатана Линга, доктора философии, который опубликовал «карты», изображающие, как различные типы клеток используют альтернативный сплайсинг. матричной РНК, двоюродной сестры ДНК, для создания генетических шаблонов, которые производят постоянно меняющийся набор белков в клетке. Изменения зависят от типа и расположения ячейки. Клетки обычно используют альтернативный сплайсинг, чтобы варьировать типы белков, которые клетка может производить.

На картах Линга показаны закономерности, по которым клетки вырезают интроны, или посторонние участки матричной РНК, и оставляют только информативные части генетического материала, или экзоны, которые действительно экспрессируют или производят белки.

Optimum Nutrition, Opti-Men, 150 таблеток

Однако интроны обычно очень большие; иногда миллионы пар оснований длинны и слишком велики, чтобы их можно было упаковать в доступные в настоящее время системы доставки экспрессии генов. Линг обнаружил, что около 20% альтернативных паттернов сплайсинга содержат участки интронной ДНК, достаточно маленькие, чтобы их можно было упаковать в системы доставки экспрессии генов, которые Блэкшоу хотел протестировать.

К счастью, для своих целей альтернативные паттерны сплайсинга были сходны как в ДНК мыши, так и в ДНК человека, и поэтому потенциально применимы как для доклинических исследований, так и для клинического использования.

Вместе с тогдашним научным сотрудником Алексеем Бигрейвом, а ныне доцентом Университета Тафтса, Блэкшоу и Линг создали пакеты альтернативной сплайсированной матричной РНК, которые можно было доставлять в клетки с помощью доброкачественного вируса. Они назвали пакеты SLED для проектирования выражений, связанных сплайсингом.

Когда пакет скользит в ячейку, он открывается там. Поскольку система SLED естественным образом не интегрирована в геном, исследовательская группа добавила генетические «промоторы», которые запускают производство белков из упакованного продукта SLED.

Исследователи из Университета Джона Хопкинса создали системы SLED для культивируемых в лаборатории возбуждающих нейронов и фоторецепторов и смогли производить белки исключительно в этих типах клеток примерно в половине случаев. Современные минипромоторные системы обычно доставляют белки в нужное место примерно в 5% случаев.

Команда также вводила пакеты SLED мышам с фоторецепторами в сетчатке, у которых отсутствует функциональный ген PRPH2, который вызывает пигментный ретинит, заболевание, поражающее сетчатку. Команда обнаружила доказательства того, что пакеты SLED помогли производить белки PRPH2 в фоторецепторах обработанных мышей.

При культивировании меланомы глаза человека в лаборатории ученые доставляли пакеты SLED только в клетки меланомы, в которых отсутствует ген SF3B1. Пакет SLED высвободил РНК-продуцирующий белок, который заставил клетки меланомы погибнуть.

Блэкшоу говорит, что лучший потенциал системы SLED может быть в сочетании с другими системами доставки генов, и его лаборатория изучает методы миниатюризации интронов для размещения интронов большего размера в системах SLED.

Блэкшоу и Линг подали заявки на патенты, связанные с технологией SLED.