CRISPR/Cas9 загальмувала прогрес бічного аміотрофічного склерозу у мишей

Вчені за допомогою технології редагування генома CRISPR/Cas9 зуміли в експерименті на мишах затримати розвиток симптомів невиліковного нейродегенеративного захворювання - бічного аміотрофічного склерозу (хвороба Лу Геріга) і поліпшити виживаність тварин на 25 відсотків. Про результати дослідження йдеться в статті, опублікованій у журналі.

Бічний аміотрофічний склероз (БАС, ALS) руйнує рухові нейрони, що призводить до прогресуючої м'язової слабкості, дегенерації м'язів, і, зрештою, до паралічу і смерті протягом трьох-п'яти років після виникнення симптомів. Відомі лише два випадки, коли перебіг хвороби стабілізувався - так сталося з фізиком Стівеном Гокінгом і гітаристом Джейсоном Беккером.

Ліки дозволяють відстрочити летальний результат, але лише на кілька місяців. У п'яти-десяти відсотках випадків хвороба спадкована, і частина таких випадків (від 12 до 20 відсотків) пов'язують з мутаціями в гені SOD1. За допомогою мутації в цьому гені вчені створюють моделі хвороби на тваринах, і у цих тварин розвивається прогресуюче нейродегенеративне захворювання, яке повторює ознаки БАС: дегенерацію нейронів, виснаження м'язів і параліч. З іншого боку, оскільки відомий конкретний ген- «винуватець», за допомогою технології CRISPR/Cas9 можна спробувати його «полагодити», ми вже повідомляли про певні успіхи в лікуванні БАС на окремих клітинах. Група вчених з університету Берклі вирішила піти далі, і під керівництвом Девіда Шеффера (David Schaffer) вирішила випробувати CRISPR/Cas9 на модельних тварин, мишах з БАС, порушивши експресію SOD1 в їхньому спинному мозку.

Новонародженим мишам з мутацією ввели комплекс нуклеази Cas9 і направляючої РНК (sgRNA), яка націлюється на потрібний ген (hSOD1, взятий від людини). Після ін'єкції поведінку мишей спостерігали, відстежуючи темпи настання хвороби, масу тіла, і збереження моторних функцій. Через чотири тижні після ін'єкції у них брали зразки тканин, і відправляли на подальший аналіз. У тканинах тварин вимірювали вміст мутантного білка і оцінювали кількість мутантних вставок у послідовність ДНК шляхом глибокого секвенування.

Аналіз лізатів (продуктів розпаду клітинних мембран) спинного мозку виявив триразове зниження мутантних білків у поперековому регіоні у мишей, пролікованих за допомогою CRISPR (P = 0.001), і їх зниження в 2,5 рази в грудній області (P < 0.05). Однак у шийному відділі спинного мозку різниця виявилася не значущою (P > 0.5).

Глибоке секвенування дозволило виявити інсерції і делеції нуклеотидів (тобто мутації ДНК, зміни її послідовності) трансгену hSOD1: їх виявилося в сім разів більше в поперековій (P = 0.01) і в 14 разів більше в грудному відділі спинного мозку (P < 0.05) в групі CRISPR порівняно з контролем. Різниця у шийному відділі також виявилася непризначущою (P > 0.05).

Що стосується терапевтичних ефектів, початок хвороби (воно відраховувалося по досягненню тваринам максимальної ваги) настав на 33 дні пізніше в експериментальній групі, і варіювалося від 119 до 133 днів у оброблених тварин порівняно з 77 до 98 днями в контрольній групі (P = 0.0001). Середня виживаність збільшувалася на 28-30 днів у оброблених мишей, і варіювала від 142 до 167 днів життя в оброблених тварин порівняно з 114 до 136 днів у контрольних тварин (Р < 0,0001). Тварини з групи CRISPR довше тримали здорову вагу, і виявилися більш активними, ніж їхні «колеги» з групи контролю (P < 0.0001), це виражалося в кількості витків колеса, в якому бігали гризуни. Крім того, у гризунів виявилося на 50 відсотків більше моторних нейронів, порівняно з групою контролю.

Також вчені відзначають більш повільні темпи втрати ваги після настання хвороби у групи CRISPR, а це свідчить про меншу м'язову атрофію. Однак з моменту настання хвороба прогресувала однаково і в контрольній, і в CRISPR-групі, тобто летальний результат наступав однаково скоро.

Таким чином, дія CRISPR/Cas9 призвела до зниження в спинному мозку білка, кодованого мутантним геном SOD1, а це сприяло виживаності моторних нейронів, і позитивному терапевтичному результату. Однак прогрес хвороби не сповільнився, і вчені пов'язують це з дією астроцитів, які вибірково вбивають моторні нейрони, і на які редагування генів, судячи з усього, діє недостатньо.

Існують й інші гени, відповідальні за БАС, і один з них знайшли торік, на кошти, зібрані під час знаменитого флешмобу # icebucketchallenge. Також ми розповідали про технології CRISPR/Cas9 і CRISPR-системи взагалі.