Ученые создали технологию переключения экспрессии генов для генной терапии

Технологию эффективного регулирования экспрессии генов, которая позволяет держать ее в терапевтических рамках, что значительно увеличивает безопасность генной терапии, разработали ученые из Медицинского колледжа Бэйлора в Хьюстоне, штат Техас, США, сообщает 2 января сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу колледжа.

Регулировать экспрессию терапевтических генов, модифицированных у человека для лечения заболевания с помощью генной терапии также необходимо, как необходимо подбирать нужную дозировку лекарства (терапевтическое окно) для пациента, так как слишком большое количество белка может оказаться токсичным, а слишком малое — не даст необходимый терапевтический эффект.

Исследование, проведенное учеными из Медицинского колледжа Бэйлора, демонстрирует многообещающее решение, позволяющее реализовать функцию переключения экспрессии белка для клинического применения генной терапии.

Автор-корреспондент, доцент кафедры патологии и иммунологии, а также молекулярной и клеточной биологии в Бэйлоре доктор Лейсинг Йен рассказал о проделанной командой работе:

«Хотя в клетках млекопитающих используется несколько систем генной регуляции, ни одна из них не была одобрена управлением по контролю за продуктами и лекарствами США для клинического применения, главным образом потому, что эти системы используют регуляторный белок, чужеродный для человеческого организма, который запускает иммунный ответ против него. Это означает, что клетки, экспрессирующие терапевтический белок, будут атакованы, уничтожены или нейтрализованы иммунной системой пациента, что сделает терапию неэффективной».

Однако более десяти лет упорных исследований Йена и его коллег над технологией позволили им преодолеть основные препятствия и найти пути решения, как включать/выключать экспрессию генов по сигналу, позволяющие использовать ее для клинического применения.

«Решение, которое мы нашли, не включает в себя чужеродный регуляторный белок, который будет вызывать иммунный ответ у пациентов. Вместо этого мы используем небольшие молекулы для взаимодействия с РНК, которые обычно не вызывают иммунный ответ. Другие группы также предприняли попытки решить эту важную проблему, но концентрации используемых ими лекарств превышают те, которые FDA одобрило для пациентов. Нам удалось спроектировать нашу систему таким образом, чтобы она работала в дозировке, одобренной FDA».

Система ученых Бэйлора активирует гены на разных уровнях по сигналу, используя небольшие молекулы в одобренных FDA дозах. Переключающий сигнал выдает модифицированная особым образом РНК, задачей которой, как и в природе, является контроль производства белка.

Эта РНК сначала получает дополнительный полиА-сигнал — «знак остановки», используемый естественным образом генами для маркировки конца гена. При обнаружении полиА-сигнала в РНК клеточный механизм автоматически разрезает и определяет точку разреза как конец РНК.

«В нашей системе мы используем добавленный полиА-сигнал не в конце, а в начале РНК, поэтому разрез разрушает РНК и по умолчанию производство белка отсутствует. Он выключен до тех пор, пока мы не включим его с помощью другой маленькой молекулы», — пояснил Йен.

Для включения гена на заданном уровне, команда спроектировала переключатель РНК. Он представляет собой модифицированный участок РНК, расположенный рядом с сигналом полиА так, что может связываться с небольшой молекулой — одобренным FDA тетрациклином. «Когда тетрациклин связывается с участком, который действует как сенсор РНК, он маскирует сигнал полиА, и РНК тогда будет транслироваться в белок», — сказал Йен.

Исследователи надеются, что в скором будущем типовой станет ситуация, когда пациент, прошедший генную терапию, которая компенсировала ему неисправный вызывающий болезнь ген, получил новый ген с переключателем, позволяющим врачу контролировать выработку терапевтического белка.

В случае, когда пациенту нужно лишь небольшое количество терапевтического белка, то он/она примет лишь небольшую дозу тетрациклина, который тоже незначительно активирует терапевтический ген. А для случая, когда пациенту нужно больше терапевтического белка, он/она примет больше тетрациклина, и выработка такого белка повысится. А при прекращении приема тетрациклина выработка терапевтического белка останавливается — переключатель вернется в положение «выключено».

При этом наличие постоянного низкого уровня терапевтического белка для некоторых заболеваний может оказаться полезным. Разработанная бэйлоровцами технология позволяет предварительно настроить его уровень на заданные уровни экспрессии белка, сохраняя при этом возможность увеличения экспрессии с помощью дополнительных порций тетрациклина.

«Эта стратегия дает нам возможность более точно контролировать экспрессию генов терапевтического белка. Это позволяет нам регулировать его производство в зависимости от стадии заболевания или адаптироваться к конкретным потребностям пациентов, используя одобренную FDA дозу тетрациклина, — рассказал Йен. — Наш подход не специфичен для конкретного заболевания, теоретически его можно использовать для регулирования экспрессии любого белка и потенциально имеет множество терапевтических применений».

Результаты исследования ученые представили в статье «Регулятор pA: система контроля экспрессии генов млекопитающих посредством модуляции расщепления сигнала полиА на 5'-UTR», опубликованной в журнале Nature Biotechnology,