Учёные из МГУ им. Ломоносова создали искусственную молекулярную систему для активации определённых участков генома. Разработка может найти применение в генной терапии наследственных заболеваний, а также в биотехнологическом производстве и других фундаментальных областях. Исследование было проведено при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ). Результаты опубликованы в журнале Cells.
Известно, что в любом организме экспрессируются далеко не все гены, содержащиеся в ДНК. От своевременной активации нужных участков генома зависит правильное функционирование организма, а расстройство эпигенетических механизмов может приводить к серьёзным заболеваниям.
При этом сегодня наука находится только на пути к созданию эффективных методик искусственного регулирования активности генов, не требующих редактирования ДНК. Новую систему такого типа предложили российские биологи.
Речь идёт о молекуле — искусственном факторе транскрипции Cre-VP64, которую сконструировали учёные. Напомним, транскрипция генов — это процесс переноса генетической информации с ДНК на РНК для последующего синтеза белка. Факторами транскрипции называют специальные белки, которые контролируют синтез РНК в рамках транскрипции.
В качестве основы для искусственной молекулы учёные использовали неактивный вирусный фермент Cre-рекомбиназу. В активной форме он способен вырезать фрагменты ДНК в определённом месте генома. Неактивная Cre-рекомбиназа не разрезает цепочку ДНК, однако может находить нужный участок генома и связываться с ним. К рекомбиназе биологи добавили трансактивакторный домен (фрагмент белка. — RT) VP64, который способен активировать гены.
Авторы работы испытали полученную методику в лабораторных условиях. Для этого учёные сначала искусственно внесли ген зелёного флуоресцентного белка, а также несколько других генов в опухолевые клетки почечного эпителия человека. Затем внесённые гены были активированы с помощью молекулы Cre-VP64.
Вскоре опухолевые клетки начали светиться — это стало результатом активации гена флуоресцентного белка. Остальные гены, внесённые в клетки, тоже стали активны, это удалось выяснить по резкому росту количества РНК на исследуемых последовательностях ДНК клеток. По словам авторов исследования, им удалось подтвердить, что разработку можно применять для активации различных генов.
«Предложенная нами система позволяет контролировать нужный ген и при необходимости в сотни раз увеличивать его активность, не влияя при этом на работу остальных последовательностей ДНК в клетке. Это поможет повысить эффективность методов редактирования генома, а также может использоваться в генной терапии и биотехнологическом производстве. В дальнейшем мы планируем усовершенствовать свою разработку, чтобы сделать её более удобной для широкомасштабного применения», — отметил кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института регенеративной медицины МНОЦ МГУ Максим Карагяур.
Напомним, в 2019 году канадские учёные уже применили искусственный активатор генов на лабораторных животных. Опыт увенчался успехом — исследователям удалось увеличить экспрессию нужного гена и вылечить мышей от мышечной дистрофии. Однако в этом случае использовалась не Cre-рекомбиназа, а неактивный белок dCas9, который учёные также соединили с доменом VP64.