Генетический редактор впервые "принудил" раковые клетки к суициду

Молекулярные биологи впервые успешно применили геномный редактор CRISPR/Cas9 для подавления роста раковых клеток и включения программы их суицида, и использовали его для лечения нескольких мышей от рака, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Methods.

Геномный редактор CRISPR/Cas9, названный главным научным прорывом 2015 года, был создан американским ученым Фэнем Чжаном (Feng Zhang) и рядом других молекулярных биологов примерно три года назад, и с тех пор он пережил несколько модернизаций, которые позволяют ученым использовать его для редактирования генома со стопроцентной точностью.

Один из наиболее перспективных вариантов использования CRISPR/Cas9, как рассказывают Чжимин Цай (Zhiming Cai) из университета Шэньчжэня (Китай), является возможность применения данного редактора для "починки" систем самоуничтожения в раковых клетках, поломка которых чаще всего является причиной формирования опухоли и ее бесконтрольного размножения.

Молекулярный "паспорт"

Эта идея считается правительством КНР настолько перспективной, что еще в июле этого года китайские молекулярные биологи получили разрешение на проведение подобных опытов на добровольцах с неизлечимой формой рака легких, который ученые попытаются уничтожить, перепрограммировав их иммунные клетки.

Цай и его коллеги сделали первый шаг к реализации этой задачи, успешно испытав CRISPR/Cas9 в деле борьбы с раком на мышах, превратив его в своеобразную "экстренную кнопку", реагирующую на внутриклеточные или искусственные химические сигналы и заставляющую клетку исполнить определенные действия, в том числе и убить себя.

Это небольшое изменение меняет суть CRISPR/Cas9 – оно превращает этот редактор в избирательный инструмент, фактически в программируемый био-компьютер, который начинает редактировать ДНК только при исполнении некоторых условий, к примеру, присутствия особых дефектных белков в раковых клетках или сигнальных молекул препарата, которые вводятся в опухоль врачами.

Подобная система работает достаточно просто – в ней, вместо обычных "направляющих" РНК, содержащих в себе информацию о редактируемых генах, используются специальные версии этих молекул, которые блокируют работу белка Cas9, производящего все операции над геномом. На одном из ее концов расположен участок, к которому может присоединиться определенная молекула лекарства или белка, и разблокировать Cas9.

Боевая ДНК-редактура

Более того, подобный подход позволяет не просто убивать определенные клетки, как объясняют ученые, но и создавать целые логические цепочки и своеобразные "био-компьютеры" на базе РНК, которые будут принимать самостоятельные решения внутри организма по тому, как лечить ту или иную болезнь или какие изменения нужно проводить в геноме в текущий момент времени и при текущих обстоятельствах.

Проверив работу этой системы на культурах раковых клеток в пробирке, группа Цая попыталась использовать ее для лечения рака, настроив ее таким образом, что редактор включался при появлении молекул белка NPM, сигнализирующего о начале развития рака в мочевом пузыре. Когда Cas9 включался, он активировал так называемые "белки-стражи" p53 и p21, отключенные или малоактивные в раковых клетках. Оба этих вещества отвечают за запуск апоптоза, программы клеточного самоуничтожения, включающейся в нормальных условиях при фатальном повреждении ДНК.

Их искусственное включение, как показали опыты на мышах, в чье тело ученые ввели небольшие фрагменты опухолей, приводило к массовой гибели раковых клеток и резкому уменьшению размеров и массы опухоли, но при этом работа CRISPR/Cas9 никак не затрагивала здоровые клетки, где молекулы NPM и прочих онкомаркеров встречаются крайне редко или не присутствуют в принципе.

Подобные успехи и создание системы "программирования" CRISPR/Cas9, как надеются авторы статьи, ускорит разработку противораковых геномных вакцин, безопасных для клинического применения, и поможет им быстрее пройти испытания на животных и добровольцах.