Ученые предупредили о новой опасности редактирования генов с помощью CRISPR
Фото: National Cancer Institute / Unsplash
Исследователи Бостонской детской больницы в штате Массачусетс (США) предупредили о ранее неизвестной опасности использования новой технологии редактирования генов CRISPR/Cas9. Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, эта система может вызвать значительные перестройки ДНК из-за ретротранспозиции — вставок мобильных генетических элементов, также называемых геномными паразитами.
CRISPR/Cas9 позволяет редактировать человеческие гены путем разрезания двойных цепочек ДНК в определенных местах хромосом. Разрывы могут восстанавливаться через механизм негомологичного соединения концов, когда концы поврежденной нити «сшиваются» напрямую, без участия неповрежденной копии фрагмента в качестве шаблона для репарации ДНК. Генетики используют это для того, чтобы нокаутировать целевой ген, то есть подавить его активность. Другой механизм — гомологичная рекомбинация — позволяет встроить нужные фрагменты ДНК, чтобы изменить исходный ген. Например мутировавший участок гена может быть заменен на нормальный фрагмент, что является многообещающим методом генной терапии наследственных заболеваний.
В некоторых случаях ученые используют механизм негомологичного соединения концов для внесения масштабных изменений в геном. Однако это может сопровождаться нежелательными и даже катастрофическими перестройками хромосом вроде хромотрипсиса. В новой работе исследователи показали, что двуцепочечные разрывы ДНК, вносимые CRISPR/Cas9, может также привлечь ретротранспозоны — мобильные генетические элементы, которые способны размножаться в пределах генома с помощью самокопирования и вставок. У людей обнаружены ретротранспозоны LINE1 (L1), которые, как предполагается, участвуют в процессах старения и составляют 17 процентов всего генома.
Исследователи охарактеризовали более 2500 вставок L1 в нескольких сайтах редактирования CRISPR/Cas9 в клетках эмбриональных почек человека HEK293T, раковых клеток HeLa и клеток остеосаркомы U2OS. Таким образом, ретротранспонированные последовательности добавляются к растущему списку нежелательных вставок, которые происходят в местах двуцепочечных разрывов ДНК, генерируемых CRISPR/Cas9.
Авторы работы отмечают, что для генной терапии важно повышение безопасности при редактировании с помощью системы CRISPR. Уже существуют модификации технологий, которые избегают создания двухцепочечных разрывов, привлекательных как для ретротранспозонов, так и для других генетических элементов. Например, уже были опубликованы работы, в которых показана редкость нежелательных мутаций при использовании никаз — ферментов, которые в отличие от канонической Cas9 вносят в ДНК одноцепочечный разрыв. В новом исследовании события ретротранспозиции обнаруживались менее чем в 0,01 процента случаев при редактировании отдельных нуклеотидов посредством никаз.
