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.

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.


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)

123

Разные разности

19.01.2022 16:00:00

Россети при помощи Роснано и Росатома ввели в действие 31 электрохранилище общей емкостью чуть более 1,5 МВт·часов электричества сразу в нескольких российских регионах. 

>>
10.01.2022 17:00:00

…согласно Каталогу ледников России, площадь 22-х ледниковых систем по сравнению с 1965—1982 гг. уменьшилась на 5594 км2, или на 9,3%

…нападения больших белых акул на человека – всего лишь результат ошибки их зрения, которому недоступны детали и оттенки цветов

…дети, наблюдающие, как взрослые едят сырую брокколи с положительной мимикой, то есть с явно выраженным удовольствием, более чем в два раза чаще и больше пробовали и съедали этот овощ…


>>
29.12.2021 16:00:00

Ученые из Университета Вашингтона в Сент-Луисе решили проверить, могут ли мошенники воспользоваться генетическими данными и подделать на их основе внешность человека.

>>
27.12.2021 12:00:00

Согласно расчетам коллектива европейских климатологов, если ничего не менять в текущей экологической политике, то потепление к концу века будет 2,3—2,9°С, а если выполнить взятые обязательства, то 2,2—2,7°С.

>>
21.12.2021 12:00:00

…на Луне найдены холодные ловушки углекислого газа, сосредоточенные вокруг южного полюса Луны…

…«пиксели» слоя черного фосфора толщиной в три атома могут быть в 20 раз меньше, чем у жидкокристаллических дисплеев, но при этом будут реагировать на входные данные в миллион раз быстрее…

…в анализах проб из Японского моря был найден и описан новый вид голожаберных моллюсков Eubranchusmalakhovi sp.n., который назвали в честь заведующего кафедрой зоологии беспозвоночных МГУ, академика РАН В.В. Малахова

>>