Болезнь Паркинсона, болезнь Гентингтона, муковисцидоз - эти и многие другие смертельные наследственные заболевания человека передаются генетически. Многие виды рака и сердечно-сосудистых заболеваний также вызваны генетическими дефектами. Генная терапия является многообещающей возможностью лечения этих заболеваний. С помощью генетически модифицированных вирусов в клетки вводят ДНК с целью восстановления или замены дефектных генов. Используя этот метод, ученые из Немецкого центра приматов (DPZ) - Института исследований приматов имени Лейбница открыли более быстрое и эффективное лечение клеток. Для этого ученые изменили так называемую клеточную линию HEK293, которая используется для производства терапевтических вирусов. Затем клетки производили белок под названием CD9 в больших количествах. Кроме того, они модифицировали вирусы, используемые для переноса генов, таким образом, что CD9 интегрировался в их оболочечные мембраны. Эти генетические манипуляции привели к более быстрому и эффективному заражению клеток-мишеней. Полученная в результате более высокая скорость переноса ДНК в клетки-мишени обещает новое и улучшенное лечение генной терапией. Исследование было опубликовано в журнале Molecular Therapy.
Способность вирусов вводить свой генетический материал в клетки-хозяева используется в качестве инструмента генной терапии. Эти «генные такси» состоят из модифицированных вирусов, так называемых вирусных векторов. Они оснащены полностью функциональными генами для замены дефектных генов, вызывающих болезни, в клетках. Однако обязательным условием для этого является то, что вирусы распознают и заражают соответствующие клетки. Именно здесь вступает в действие исследование младшей исследовательской группы Medical RNA Biology в Немецком центре приматов.
Транспортные пузыри в клетке должны повышать эффективность генной терапии
«В нашем исследовании мы хотели выяснить, возможно ли улучшить уровень заражения вирусными переносчиками и как это сделать», - говорит Йенс Грубер, руководитель младшей исследовательской группы и старший автор исследования. «В настоящее время уровень заражения, в зависимости от клеток-мишеней, часто составляет около 20 процентов, что недостаточно для некоторых методов лечения». Чтобы изменить это, исследователи рассмотрели производство так называемых экзосом, чтобы выяснить, как использовать этот механизм, чтобы вирусные векторы стали более эффективными. Экзосомы представляют собой небольшие мембранные везикулы, заполненные белками, РНК или другими молекулами. Они используются для транспортировки клеточных компонентов и для межклеточной коммуникации. «Наша гипотеза заключалась в том, что мы могли бы улучшить производство вирусов и их эффективность, увеличив производство экзосом в клетках», - объясняет Йенс Грубер, объясняя важность транспортных везикул для исследования.
Для производства больших количеств белка CD9 Дженс Грубер и его команда генетически сконструировали клеточные линии HEK293, которые используются для производства вирусных векторов. Этот белок известен своей функцией в движении клеток, межклеточных контактах и слиянии мембран. Предполагалось, что он также может играть роль в производстве экзосом. Кроме того, ученые включили белок CD9 в оболочечную мембрану вирусных векторов. «Мы смогли наблюдать две вещи, - резюмирует результаты Йенс Грубер. «Во-первых, по сравнению с необработанными клетками HEK293, продукция экзосом в клетках HEK293-CD9 значительно увеличилась, что свидетельствует о решающей роли белка в формировании экзосом. Во-вторых, включение белка CD9 в вирусную мембрану значительно улучшило перенос ДНК Это наблюдалось в увеличении числа инфицированных клеток-мишеней, несущих нужный ген, без внедрения дополнительных вирусных векторов."
80-процентный уровень заражения
Увеличенное количество CD9 в вирусе привело к более высокому уровню заражения, который составил примерно 80 процентов. Белок, по-видимому, оказывает прямое влияние на производство экзосом и эффективность вируса, что ранее не было описано. «Результаты нашего исследования дают нам лучшее понимание образования экзосом, а также производства вирусов в клетках», - говорит Йенс Грубер. «Эти результаты могут быть использованы для повышения эффективности используемых в настоящее время генных терапий на основе вирусов. В будущем можно будет полностью отказаться от использования вирусов и использовать только экзосомы для транспортировки генетического материала в клетки-мишени».