С момента открытия революционной технологии генетического редактирования CRISPR-Cas9 прошло менее 10 лет. По большей части она оказалась многообещающей, безопасной и эффективной, но два новых исследования показали, что CRISPR-Cas9 потенциально может повысить риск развития рака в отредактированных клетках.
Что такое CRISPR-Cas9 и как ученые редактируют гены
Система CRISPR-Cas9 позволяет вносить точечные изменения в ДНК живой клетки. Открыть ее удалось благодаря приобретенному иммунитету бактерий — способу, которым эти одноклеточные организмы защищаются от вирусов.
Встречаясь с вирусами, бактерия копирует фрагменты их ДНК и встраивает в собственный геном между прямыми повторяющимися последовательностями CRISPR. Эти участки называются спейсерами. Затем, вместе с CRISPR-ассоциированными белками Cas, бактерия использует этот генетический «фоторобот» для поиска других вирусных фрагментов в своей клетке. Обнаружив вредителя, белок разрезает его ДНК в определенной точке, и он перестает размножаться.
Системы CRISPR-Cas могут работать не только в клетках бактерий, но и в клетках высших организмов. Генетики научились синтезировать в лаборатории CRISPR, спейсерами в которых можно назначить необходимые последовательности нуклеотидов (например, участок, связанный с развитием рака, гемофилии или другого заболевания). Белок Cas9, прозванный «молекулярными ножницами», распознает эту мутантную версию гена и вырезает его из ДНК.
CRISPR-Cas9 позволяет работать не только с ДНК, но и РНК. Для этого ученые создают РНК-гид — небольшую молекулу, нуклеотидная последовательность которой совпадает с последовательностью «мишени» — гена, который нужно исправить. Эта молекула ведет за собой «ножницы» — белок Cas9.
Затем в игру вступает механизм репарации ДНК: клетка копирует недостающую нуклеотидную последовательность из такого же участка на парной хромосоме (к счастью, у людей есть два набора хромосом от обоих родителей). В случае отсутствия парной хромосомы или ее несостоятельности, «здоровый» участок гена можно ввести в клетку вместе с CRISPR-Cas9. Таким образом, генетическая проблема будет устранена.
Почему CRISPR-Cas9 назвали потенциально опасным
11 июня в журнале Nature Medicine было опубликовано два исследования (1, 2), озвучившие опасения относительно безопасности CRISPR-Cas9. Оба они касаются потенциальной способности метода запускать злокачественные процессы в отредактированных клетках. Одно из них провели ученые из Кембриджского университета (Великобритания) и Каролинского института (Швеция), а второе — исследователи фармацевтической компании Novartis.
Генеральный директор швейцарской компании CRISPR Therapeutics Сэм Кулкарни в комментарии изданию STAT назвал результаты исследований «правдоподобными», хотя подчеркнул, что они, вероятно, касаются лишь одного из способов генетического редактирования (не простого вырезания мутантных генов, а их замены здоровыми).
«Нам нужно убедиться, что отредактированные клетки, возвращенные пациентам, не становятся злокачественными», — сказал он.
Группы из Каролинского института и компании Novartis тестировали CRISPR на разных типах человеческих клеток, но обнаружили, по сути, одно и то же явление. Стандартный CRISPR-Cas9 работает, разрезая обе нити двойной спирали ДНК. Эта травма приводит к активации биохимического «аптечного набора», созданного геном p53. Он либо чинит разрыв ДНК, либо заставляет клетку саморазрушаться.
Активность p53 делает CRISPR крайне неэффективным, потому что место, освобожденное для редактирования генома, либо «сшивается», либо клетка погибает. Так, команда Novartis подсчитала, что p53 снижает эффективность CRISPR в плюрипотентных стволовых клетках в 17 раз.
«Мы обнаружили, что редактирование генома с помощью CRISPR-Cas9 вызвало активацию p53, — сказала Эмма Хаапаниеми, ведущий автор исследования Каролинска. — Это делает редактирование намного более сложным».
С другой стороны, клетки, которые приняли изменения CRISPR-Cas9, выживают потому, что у них есть дисфункциональный p53, а механизм «почини или уничтожь» не работает. Такая дисфункция может, с одной стороны, приводить к более эффективному процессу редактирования, но она также делает клетку гораздо более подверженной риску стать злокачественной.
Мутации или недостатки p53 были обнаружены во многих типах рака, из-за чего его часто называют геном-супрессором опухоли. Выходит, что CRISPR может дать преимущество выживания клеткам, которые могут стать раковыми.
Мутации гена p53 ответственны за 50% случаев рака яичников, 43% случаев колоректального рака, 38% случаев рака легких, почти треть случаев рака поджелудочной железы, желудка и печени, и четверть случаев рака молочной железы.
«Мы не хотим паниковать и не говорим, что CRISPR-Cas9 — плохой или опасный метод, - говорит Юсси Тайпале, ведущий исследователь из Каролинского института. — Безусловно, он будет основным инструментом для использования в медицине, поэтому важно обратить внимание на потенциальные проблемы его безопасности».
Исследователи сходятся во мнении, что клетки, отредактированные CRISPR, должны быть проанализированы до клинического использования, чтобы убедиться, что пути p53 не нарушены.
Выводы ученых уже повлияли на цены акций трех крупных компаний, занимающихся генетическим редактированием. Так, акции Editas Medicine (США), CRISPR Therapeutics (Швейцария) и Intellia Therapeutics (США) упали на 10% и более.
Читайте также: Иммунотерапия спасла пациентку с раком груди в терминальной стадии
