Можно ли управлять чужими генами в реальном времени?

В Клинике Майо (Рочестер, США) разработан метод, позволяющий по желанию исследователя включать и выключать любой ген в живом организме.

Один из способов специфичного взаимодействия белков и ДНК: цинковые пальцы фактора транскрипции (фиолетовый) «берутся» за нить ДНК. (Рисунок Laguna Design.)

Существующие способы управления геномом построены по одной схеме, серьёзно ограничивающей их применение: речь идёт о подавлении активности гена. Проще всего это сделать, разрезав ДНК с этим геном с помощью фермента так, чтобы даже после ремонта ген не мог функционировать. Для этого используют нуклеазы с так называемыми цинковыми пальцами — структурными элементами, которые обладают специфичностью к тем или иным нуклеотидным последовательностям.

Но набор таких «цинковых пальцев» ограничен, то есть далеко не всякий фрагмент в ДНК можно с их помощью обнаружить. Альтернативой служат морфолиновые олигонуклеотиды. Это короткие синтетические нуклеотидные цепочки с абсолютно любой специфичностью, какую только можно пожелать. Присоединяясь к клеточной ДНК, они блокируют активность того или иного гена. Минус такого подхода во временном действии: рано или поздно блокада с гена будет снята сама по себе.

В статье, опубликованной в журнале Nature, авторы описывают третий способ, основанный на использовании ферментов-нуклеаз TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease). Это гибридные белки, часть которых взята у бактерий. Бактериальный фрагмент связывается с небольшими фрагментами ДНК; благодаря необычайной изменчивости его можно приспособить для распознавания едва ли не любой ДНК-последовательности. Другой кусок молекулы TALEN — это собственно нуклеаза, которая делает разрезы в ДНК.

До сих пор TALEN использовались в клеточных культурах. Теперь же исследователи сумели адаптировать этот метод к целым организмам. В геном полосатого данио (Danio rerio) был вставлен генетический регулятор, который позволял включать или выключать конкретный ген. То есть с помощью специфичной нуклеазы TALEN был сделан разрез вблизи интересующего учёных гена. Затем в разрез с помощью других ферментов вставили эту регуляторную нуклеотидную последовательность. После чего оставалось лишь нажимать на рычаг, то есть добавлять вещества, которые включали или выключали регулятор. Следует подчеркнуть, что, во-первых, использование TALEN позволяет ввести регуляторную последовательность «под бок» к любому гену, а во-вторых, эту манипуляцию, как показали авторы, можно проводить с целым организмом, а не только с культурой клеток.

Перспективы нового способа (или новой модификации старого, если угодно) трудно переоценить. К примеру, важно знать, что делает тот или иной ген в течение всей жизни, меняется ли его функция, продолжает ли он работать и т. д. До сих пор выяснить это было невероятно трудно: учёные могли выключить какой-то ген ещё на стадии эмбриона, но включить его обратно уже у взрослого организма не получалось. Если мутация оказывалась критичной, эмбрион умирал, после чего делали вывод о том, что ген необычайно важен на эмбриональной стадии, а вот что с ним происходит дальше, это никто не знал.

И вот теперь появился шанс досконально узнать возрастные, так сказать, особенности работы генов. И это не говоря о том, что с помощью описанного метода теоретически можно «включать» или «выключать» гены, неправильная активность которых лежит в основе тяжёлых наследственных (и не только наследственных) болезней.

Подготовлено по материалам Nature News.