Биологи МГУ предложили способ контроля активности генов с помощью вирусного фермента

Биологи МГУ им. М.В. Ломоносова предложили новую молекулярную систему для управления активностью генов. В ее основе лежит искусственно сконструированный комплекс на базе вирусного фермента, способный присоединяться к определенной последовательности гена-мишени и активировать его, сообщила пресс-служба вуза со ссылкой на опубликованные в журнале Cells результаты исследования.

Разработка, поддержанная грантом Российского научного фонда (РНФ), поможет усовершенствовать метод генной терапии, который перспективен для лечения многих наследственных заболеваний, включая гемофилию и иммунодефициты, а также будет полезной для проведения фундаментальных исследований и биотехнологического производства рекомбинантных белков.

Существующие системы направленной активации нужных генов несовершенны: их трудно доставлять в клетки из-за большого размера. Кроме того, они не всегда специфичны, то есть активируют помимо гена-мишени еще несколько других. Ученые МГУ предложили новую компактную молекулярную систему, способную работать как искусственный белок-транскрипционный фактор и активировать только нужные гены.

За основу взяли вирусный фермент Cre-рекомбиназу, которая в норме разрезает молекулу ДНК строго в определенном месте, таким образом участвуя в процессе размножения вируса. При этом фермент находит место, в которое нужно внести разрыв, по последовательности букв-нуклеотидов в ДНК. Обнаружив этот «пароль», рекомбиназа связывается с молекулой ДНК.

В работе авторы использовали неактивную Cre-рекомбиназу, которая была неспособна разрезать ДНК, но при этом точно находила нужный для ее посадки сайт и связывалась с ним. К рекомбиназе биологи присоединили фрагмент транскрипционного фактора, задача которого состояла в активации генов. В результате рекомбиназа доставляла активатор строго в нужные участки ДНК, а именно на искусственные промоторы — посадочные места для регуляторных белков. Специфичность рекомбиназы обеспечила высокую точность и всей предложенной системы.

Ученые проверили предложенный метод на опухолевых клетках почечного эпителия человека, активировав с его помощью искусственно внесенный ген зеленого флуоресцентного белка, а также несколько других генов, в том числе кодирующий фактор роста, а также систему редактирования генома CRISPR/Cas9. Последний ген был выбран, чтобы проверить, можно ли использовать предложенную систему в генной терапии как способ повышения эффективности и специфичности CRISPR/Cas9.

Через двое суток светимость опухолевых клеток увеличилась до 20 раз, и это доказало, что ген флуоресцентного белка успешно активировался. Кроме того, авторы подтвердили, что количество РНК, считанной с остальных исследованных последовательностей, увеличилось до 800 раз. Это подтвердило, что данная разработка может использоваться для активации самых разных генов при решении задач генной терапии, регенеративной медицины, биотехнологического производства и фундаментальных исследований.

Флуоресценция опухолевых клеток почечного эпителия человека до активации гена зеленого флуоресцентного белка и после 

«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 ее более удобной для широкомасштабного применения», — рассказал старший научный сотрудник Института регенеративной медицины МНОЦ МГУ Максим Карагяур.