Ученые разработали новый вариант транспозазы «Спящей красавицы». Он имеет значительно улучшенные биохимические характеристики, в том числе повышенную стабильность и внутренние свойства проникновения в клетки. Эта транспозаза может быть использована для геномной инженерии стволовых клеток и терапевтических Т-клеток. Как таковой, он чрезвычайно ценен для использования в регенеративной медицине и иммунотерапии рака. Лежащие в основе процедуры геномной инженерии в будущем также снизят затраты и повысят безопасность модификаций генома.
Команде, состоящей из исследователей из Европейской лаборатории молекулярной биологии, Университетской клиники Вюрцбурга и Института Пауля Эрлиха, удалось разработать новый вариант транспозазы «Спящей красавицы» со значительно улучшенными биохимическими свойствами, что позволяет напрямую использовать белок транспозаза для модификации генома. «Разработанный нами белок может быть доставлен в клетки млекопитающих и при этом остается полностью функциональным, что позволяет проводить эффективные и стабильные модификации генома в клетках-мишенях по мере необходимости», - объясняет Орсоля Барабас, руководитель группы EMBL Heidelberg..
Доставку и эффективную генную инженерию можно использовать на различных типах клеток, включая стволовые клетки человека и Т-лимфоциты. Последний может быть генетически модифицирован для получения искусственного химерного антигенного рецептора (CAR) для использования в иммунотерапии рака. Новый тип транспозазы «Спящая красавица», разработанный исследователями, не только обеспечивает прямую доставку белка, но и автономно проникает в клетки. Последняя особенность не планировалась для нового варианта и была обнаружена только при изучении ее в действии. Это был приятный сюрприз, так как это первый в своем роде с такой характеристикой. «Все эти особенности открывают новые возможности для производства CAR-T-клеток и других методов генной терапии», - объясняет Ирма Керкес, аспирант EMBL и ведущий автор статьи. Таким образом, это прорыв по сравнению с другими существующими вариантами транспозазы «Спящая красавица».
Спящая красавица
Система транспозонов «Спящая красавица» состоит из транспозазы и транспозона для вставки определенных последовательностей ДНК в геномы животных.
Транспозаза - это белок, который связывается с концами транспозона - последовательности ДНК, которая может изменять свое положение в геноме, иногда создавая или обращая мутации и изменяя генетическую идентичность клетки - и катализирует ее перемещение в другую часть генома.
Транспозаза может быть закодирована либо внутри транспозона, либо может поставляться из другого источника, и в этом случае транспозон становится неавтономным элементом. Неавтономные транспозоны наиболее полезны в качестве генетических инструментов, потому что после вставки они не могут самостоятельно продолжать вырезать и повторно вставлять себя. Все ДНК-транспозоны, идентифицированные в геноме человека и других геномах млекопитающих, не являются автономными, потому что, хотя они и содержат гены транспозазы, эти гены нефункциональны и не способны генерировать транспозоны, которые могут мобилизовать транспозоны.
Транспозаза «Спящая красавица» была возрождена из неактивных копий в геномах рыб Золтаном Ивиксом и его коллегами в 1997 году, создав первый инструмент транспозонов, который эффективно работал в клетках позвоночных. С тех пор он использовался для многих приложений в генетике, включая генную терапию.
Прямое приложение
В то время как исследователи EMBL обычно сосредотачиваются на фундаментальных исследованиях, эти результаты имеют прямое медицинское применение. «Новая транспозаза и разработанные нами процедуры геномной инженерии найдут прямое применение в терапевтической клеточной инженерии», - подчеркивает Майкл Худечек из Университетской клиники Вюрцбурга важность полученных результатов.«Уже в этом первом исследовании мы демонстрируем полезность нашего метода для производства CAR-T-клеток и его эффективность на мышиной модели». Теперь Худечек и его коллеги продолжат исследования транспозазы для использования на людях.
Наш метод также предлагает привлекательное применение в инженерии стволовых клеток, и я уверен, что он найдет свое применение в регенеративной медицине и связанных с ней исследованиях. Одним из наиболее выдающихся преимуществ новой технологии является то, что она позволяет производить в промышленных масштабах, фармацевтического производства транспозазы, что делает систему доставки генов «Спящей красавицы» еще более привлекательной для компаний для будущих терапевтических применений», - объясняет Золтан Ивикс из Института Пауля Эрлиха.
Принципы проектирования транспозазы и протоколов, разработанных группой EMBL, также помогут создать аналогичные стратегии для других систем транспозонов. Команде любопытно продолжить изучение механизмов, лежащих в основе способности транспозазы «Спящая красавица» проникать в клетки, и возможности переноса этих механизмов на другие белки.«Доступность нашего нового варианта «Спящей красавицы» также облегчит исследования, направленные на понимание его молекулярных механизмов, что, в свою очередь, будет способствовать рациональному дизайну более совершенных инструментов транспозонов», - добавляет Сесилия Зулиани из EMBL; еще один ведущий автор статьи.
Хотя это потребует дальнейшей работы, Барабас подчеркивает одно непосредственное влияние: «На данный момент наша новая процедура клеточной инженерии приведет к снижению затрат и - за счет повышения точности и контроля метода - к повышению безопасности значимых с медицинской точки зрения модификаций генома.."