CRISPR/Cas9 и эпигенетика

Джагаров Д.Э.
(«ХиЖ», 2016, №12)

Еще одним достижением уходящего 2016 года стала разработка способов избирательного воздействия на эпигеном — изменения активности генов без изменений в нуклеотидной последовательности ДНК. Редактирование эпигенома, по идее, должно быть гораздо безопаснее редактирования генома.

Хотя почти все клетки организма (за исключением эритроцитов, лишенных ядра, и некоторых иммунных клеток) имеют одну и ту же ДНК, они тем не менее различаются по физиологическим параметрам и специализации. Этими различиями они обязаны своему эпигеному, контролирующему набор генов, активных в конкретной клетке.  Среди механизмов воздействия на эпигеном наиболее важны метилирование ДНК и различные ферментативные модификации (метилирование, ацетилирование и фосфорилирование) определенных аминокислот в составе гистонов — белков, участвующих в упаковке ДНК. Говорят о паттерне (узоре) таких модификаций в геноме — именно он отличает геномы клеток с различными судьбами.

s 20161205 crispr.jpg

У людей одного и того же хронологического возраста может различаться биологический возраст, возраст эпигенома, определяемый по характеру метилирования ДНК. Одни моложе своего паспортного возраста, другие старше.  (По: «Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2015, 16, 10, 593—610, doi: 10.1038/nrm4048)

Насколько специфичен паттерн метилирования ДНК? Вот лишь один пример: по характеру метилирования фрагментов ДНК, высвободившихся в кровь при гибели клеток во время того или иного заболевания, можно определить, из какой ткани или органа происходит данная ДНК, и таким образом выявить локализацию патологического процесса («Proceedings of the National Academy of Sciences USA», 2016, 113, 13, E1826—E1834, doi: 10.1073/pnas.1519286113). Более того, генетик Стив Хорват из Калифорнийского университета (Лос-Анджелес) в 2013 году разработал эпигенетические часы, позволяющие с большой точностью определить биологический возраст человека по метилированию ДНК и предсказать, какова вероятность, что он доживет до того или иного возраста. Эпигенетические часы проверил консорциум 25 институтов на образцах крови более 13 000 человек из США и Европы («Aging», 2016, 8, 9, 1844—1865, doi: 10.18632/aging.101020). Не помогут ли такие часы понять, почему некоторые люди умирают молодыми — иногда даже те, кто соблюдают правильную диету, занимаются спортом, практически не пьют и не курят?

 Логично задаться вопросом: если от метилирования ДНК зависят здоровье и продолжительность жизни человека, нельзя ли как-то изменить эту запись в нашем геноме?  Конечно, геном не паспорт, где можно подправить дату рождения и отретушировать фото. И все же, как недавно выяснилось, в будущем можно ожидать появления технологий таких «подчисток эпигенома» с целью радикального омоложения организма. Поводом для оптимизма стали новые разработки, основанные на технологиях CRISPR/Cas9.

Как мы уже писали (см. «Химию и жизнь», 2014, 7), не все CRISPR-технологии созданы для разрезания ДНК. Можно использовать каталитически неактивный белок Cas9, не способный делать разрез и поэтому названный dCas9 (dead Cas9) для целевой доставки на определенный участок геномной ДНК регуляторных белков — активаторов и ингибиторов гена либо ферментов, метилирующих ДНК или, наоборот, удаляющих метильную метку. Точность доставки, как и в разрезающей CRISPR-Cas9 системе, обеспечивает молекула РНК-гида, комплементарная нужному участку ДНК.

Эту идею уже испробовали для прямого перепрограммирования клеток в живом организме («Cell», 2016, 167, 233—247, doi:10.1016/j.cell.2016.08.056). Однако вполне возможно, что в скором времени изменение паттерна метилирования поможет противостоять старению организма и (или) возрастным болезням. Существует исследование,  авторам которого удалось существенно омолодить клетки костного мозга человека с помощью препарата, который просто подавляет активность фермента, метилирующего ДНК («Biotechnology and Applied Biochemistry», 2015, 62, 5, 583—590, doi: 10.1002/bab.1393). Конечно, такое «омоложение» неизбирательным препаратом напоминает ремонт ручных часов с помощью молотка и для омоложения человека не годится, поскольку неизбежно приведет к многочисленным побочным явлениям. Но важен сам факт: воздействие на эпигеном, очевидно, способно сбросить время на биологических часах. Предстоит тщательно выяснить, на какие гены следует воздействовать с помощью метилирующих ферментов dCas9. Это грандиозная и дорогостоящая работа, но ее результатом могут стать принципиально новые действенные лекарства от старости. 

Разные разности

29.11.2017

«Опять ящик консервов, второй за месяц, небольшая вроде собачка, а сколько лопает», — любя ворчим мы на питомца. Сколько они лопают, подсчитал Грегори Окин из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе. Правда, пока только для американских собак и кошек.

>>
28.11.2017

Героизм невыгоден. Зачем умирать, когда ты не услышишь, как тебя за это хвалят, не сможешь больше приносить пользу своему делу? А если еще и родные пострадают — да стоит ли этого хоть одна святая цель?.. И все же есть люди, готовые погибнуть во имя такой цели. Калькулятор в голове перестает работать, когда в него вводят бесконечно большое число «высшей ценности».

>>
07.11.2017 10:00:00

...в США проект гражданской науки Citizen Continental-America Telescopic Eclipse собрал наблюдения затмения Солнца 21 августа с 55 телескопов, что позволило создать высококачественный видеоролик о солнечной короне («Nature», 2017, 548, 7669, 504—505, doi: 10.1038/548504a)...

>>
26.10.2017 10:00:00

Не секрет, что во всем мире есть группы людей, которые пытаются судить о человеке не по его талантам, а по той крови, что течет в его жилах. Одно время было популярно измерять форму черепа или носа, но этих измерителей ждал печальный конец. Теперь же появился абсолютный маркер – личный геном.

>>
25.10.2017 10:00:00

Удаленная работа бьет по транспорту — человек не ездит на службу, соответственно, не покупает ни билеты на автобус и метро, ни автомобиль. Сейчас наметилась еще одна жертва цифровой экономики — владельцы офисных помещений: многие работники свободных профессий отказываются от найма офисов и перемещаются в кафе.

>>