Сюрприз! Наши тела скрывают троянского коня для генной терапии

Природа скрывает удивительные открытия в медицине.

взять CRISPR, трансформирующий инструмент редактирования генов. Он был вдохновлен слабой системой бактериальной иммунной защиты и был использован для редактирования наших генов для лечения наследственных заболеваний, поддержки лечения рака или даже продлить срок службы. Теперь доктор Фэн Чжан, один из пионеров CRISPR, вернулся с еще одним творением, которое может дать толчок новому поколению генной терапии и РНК-вакцины. Только на этот раз его команда заглянула глубоко внутрь наших тел.

Какими бы мощными ни были терапевтические препараты на основе ДНК и РНК, они должны проехать через наши клетки, чтобы они сработали. Ученые обычно обращаются к вирусным векторам - средствам доставки, сделанным из безопасных вирусов - или липидным наночастицам, маленьким каплям защитного жира, чтобы инкапсулировать новый генетический материал и проникнуть в клетки.

Эта проблема? Наше тело не является большим поклонником посторонних веществ, особенно тех, которые вызывают нежелательный иммунный ответ. Более того, эти системы доставки не очень хороши с биологическими почтовыми индексами, часто роясь по всему телу вместо того, чтобы сосредоточиться на области лечения. Эти «проблемы с доставкой» - полдела для эффективной генетической медицины с небольшим количеством побочных эффектов.

«Биомедицинское сообщество разрабатывает мощные молекулярные терапевтические средства, но доставка их к клеткам точным и эффективным способом является сложной задачей», — сказал Чжан из Института Броуда, Института Макговерна и Массачусетского технологического института.

Введите ОТПРАВИТЬ. Новая платформа доставки, описанный в Наука, завораживает своей изобретательностью. Вместо того, чтобы полагаться на иностранных перевозчиков, отправьте (sфакультативный eэндогенный еnкапсидирование для сотовых delivery) использует человеческие белки для создания средств доставки, которые перемещают новые генетические элементы. В серии тестов команда внедрила компоненты РНК-груза и CRISPR в культивируемые клетки в чашке. Клетки, действуя как фабрики упаковки, использовали человеческие белки для инкапсуляции генетического материала, образуя крошечные сосуды, похожие на баллоны, которые можно было собрать в качестве лечения.

Что еще более странно, источником этих белков являются вирусные гены, одомашненные много веков назад нашим собственным геномом в результате эволюции. Поскольку белки по своей сути являются человеческими, они вряд ли вызовут срабатывание нашей иммунной системы.

Хотя авторы пробовали только одну систему упаковки, в наших геномах скрыто гораздо больше. «Вот что так интересно», - сказал автор исследования доктор Майкл Сегель, добавив, что используемая ими система не уникальна; «Вероятно, в организме человека есть другие системы переноса РНК, которые также можно использовать в терапевтических целях».

Транспортная инфраструктура Body

Наши клетки - это огромные болтуны. И у них есть несколько телефонных линий.

Электричество - популярное направление. Отчасти это то, что удерживает нейроны, подключенные к сетям, и синхронизацию сердечных клеток. Гормоны - еще один пример, связывающий клетки на полпути по всему телу через химические вещества в кровотоке.

Но самое странное - это давнее перемирие между человеком и вирусом. Анализируя геном человека сегодня, становится ясно, что вирусная ДНК и другие генетические элементы встроены в наши собственные двойные спирали. Большинство этих вирусных дополнений утратили свои первоначальные функции. Некоторые, однако, были наняты для построения нашего тела и разума.

Возьмем, к примеру, Arc, белок, полученный из гена, также известного как кляп- основной вирусный ген, который часто встречается в наших геномах. Arc - это Память гроссмейстер: по мере того, как мы узнаем, белок образует крошечные капсулы, которые переносят биологический материал, который, в свою очередь, помогает закрепить новые воспоминания в репертуаре нашей нейронной сети. Другой белок, похожий на кляп, получивший название PEG10, может захватывать РНК, а также образовывать пузырьковые космические корабли, помогая развиваться плаценте и способствуя размножению.

Если PEG10 делает картонную упаковку для генетического материала, то почтовый штамп принадлежит другому семейству вирусных генов, фузогенам. Ген создает своего рода почтовый индекс, позволяющий каждому космическому кораблю, перевозящему груз, стыковаться с целевыми ячейками.

Хотя изначально эти гены имели вирусную природу, они иммигрировали в наши геномы и адаптировались в удивительно специфическую транспортную систему, которая позволяет клеткам обмениваться информацией. По сути, это шарик из мороженого (или моти, или пельмени), в который можно вставить любую начинку. Поскольку наши клетки уже общаются, используя эти биологические шары, наполненные генетическими данными, почему бы нам не взломать процесс, чтобы добавить в наши собственные генетические компоненты?

ОТПРАВИТЬ

Новая система доставки основана на трех компонентах: гене упаковки, коде входа и грузе.

Как и в случае с квестом, каждая из них необходима для передачи генетического сообщения из клетки. Первый шаг - найти внутри человеческого тела ген упаковки, который может образовывать пузырь вокруг своего груза. С помощью вычислительного исследования команда просканировала геномы человека и мыши на наличие кляп-подобные гены - похожие на те, которые образуют защитные капсулы, помогающие строить наши воспоминания. Изначально 48 кандидатов выдвинулись в качестве грузовых перевозчиков. В конце концов, команда сузила свой поиск до белка под названием MmPEG10.

По словам авторов, он вирусного происхождения, хотя для нашего организма он безвреден. Особая сила PEG10 - это его теплые объятия. Он может захватывать РНК внутри клетки, образовывать вокруг нее пузырь и выделять пузырь, как миниатюрные космические корабли из материнского корабля. Удивительно, но эти космические корабли весьма разборчивы в выборе груза. С помощью анализа CRISPR команда поняла, что пузырьки связываются только с определенной группой РНК и перемещают ее в качестве груза.

Следующим шагом было взломать и перепрограммировать предпочтения груза PEG10. С помощью генетического анализа команда нашла на PEG10 участок, который позволяет капсуле распознавать и упаковать свой груз. Что касается груза, команда экспериментировала с добавлением двух генетических «билетов» или последовательностей, которые позволяли им попасть на корабль PEG10. Это примерно похоже на то, как пассажир узнает своего водителя Lyft, сопоставив цвет на приборной панели автомобиля со своим приложением.

Как только эти двое встречаются, «драйвер» PEG10 формирует белки, которые вращаются вокруг генетического наездника, образуя каплю, которая составляет молекулярный носитель, с целью покинуть клетку.

Но как насчет направлений? Вот где вступает в игру код входа, или фузогены. Как и коды возврата Amazon, фузогены - это белки, которые усеивают снаружи такси PEG10, направляя их внутрь различных типов клеток и тканей. Применяя различные фузогены, команда может указать, куда идет генетический груз, как если бы он был помечен почтовым индексом.

Собираем все вместе

SEND - это тройка компонентов, каждый из которых закодирован с помощью вектора - небольшого круглого фрагмента ДНК, который может туннелировать в клетки.

Попав внутрь клетки, происходит волшебство. Каждый вектор подключается к фабрике по производству белка в клетке. PEG10 управляет фабрикой по изготовлению упаковки. Фузоген покрывает упаковку накладными. И грузовая РНК, с модификациями для лучшей маркировки на SEND, аккуратно упаковывается в получившееся транспортное средство, которое дрейфует к месту назначения.

«Мы считаем, что смешивая и сопоставляя различные компоненты в системе SEND, она обеспечит модульную платформу для разработки терапевтических средств для различных заболеваний», - сказал Чжан.

В качестве доказательства концепции команда использовала SEND для доставки системы CRISPR, которая вырезает вызывающий рак ген в клетках в блюде, первоначально полученном из рака мозга. Система эффективно вырезала примерно 60 процентов гена в реципиентных клетках. Но это произошло только тогда, когда SEND переместил компоненты CRISPR в ячейку, показывая, что SEND доставляет только генетический материал, специально созданный для его транспортировки.

В дальнейшем команда тестирует SEND на моделях животных и разрабатывает набор инструментов для нацеливания на различные ткани и клетки. Они также будут продолжать изучать геном человека в поисках древних генетических компонентов, которые можно было бы добавить на платформу SEND.

«Мы рады продолжать продвигать этот подход», - сказал Чжан, - «[Это] действительно мощная концепция».

Имиджевый кредит: после сборки внутри клетки пакеты SEND выпускаются для сбора для генной терапии. Фото любезно предоставлено Институтом Макговерна.

Источник: https://singularityhub.com/2021/08/24/surprise-our-bodies-have-been-hiding-a-trojan-horse-for-gene-therapy/