MAGESTIC - “текстовый редактор” для генома

Технология редактирования генома CRISPR-cas9 стала прорывом в области молекулярной биологии. Раньше подобные системы редактирования нуждались в тщательно подобранном для конкретного гена дизайне. Теперь, благодаря CRISPR, исследователю достаточно изменить sgRNA (направляющую РНК), чтобы внести разрез в нужную ему последовательность ДНК, и вставить новую последовательность в место разрыва. Благодаря простоте использования CRISPR превратила редактирование генома чуть ли не в рутинную лабораторную практику.

Однако у этого метода имеется важная недоработка - внецелевая активность CRISPR. Дело в том, что CRISPR может привести к появлению новых непредсказуемых мутаций в некоторых клетках, культура которых подвергалась редактированию. Строго говоря, ошибается не CRISPR, а сама клетка, восстанавливая внесенный системой разрез в процессе репарации ДНК. Если во время разрезания ДНК рядом нет гомологичной матрицы (или клетка "не заметила" ее), репарация разреза идет по пути негомологичного соединения концов ДНК. В место разрыва не вставляется донорская последовательность, как это происходит при гомологичной репарации. Вместо этого концы разреза просто снова сшиваются вместе, и не всегда абсолютно точно.

В журнале Nature biotechnology была опубликована статья, где предложен новый подход к редактированию генома с помощью CRISPR. Технология называется MAGESTIС - удачно подобранная аббривеатура для Multiplexed Accurate Genome Editing with Short, Trackable, Integrated Cellular barcodes (Мультиплексное Точное Редактирование Генома с Короткими, Отслеживаемыми, Интегрированными Клеточными Штрих-кодами). "Магия" MAGESTIC заключается в двух особенностях.

Во-первых, MAGESTIC сама доставляет донорскую ДНК к разрыву. Клетке не надо выбирать из миллионов последовательностей подходящую для репарации. Не происходит соединения концов негомологичным путем, так как материал для
встраивания находится рядом. Благодаря этому уже в первых экспериментах с MAGESTIC выживаемость клеток после редактирования повысилась в 7 раз.

Во-вторых, MAGESTIC использует новый тип клеточного "штрих-кода". Этот "код" нужен для идентификации клетки. Обычно он вносится в клетку с плазмидой. Эта плазмида может копироваться (как правило на клетку приходится 10-40 копий) и передаваться по наследству в разном количестве, что затрудняет идентификацию клеток и наблюдение за их делением. В случае с MAGESTIC "штрих-код"
интегрируется в хромосому, один на клетку. Благодаря этому его удобнее отслеживать и предсказывать наследование.

"MAGESTIC похожа на функцию поиска в текстовом редакторе, с возможностью замены, позволяющей сделать нужные правки. Теперь мы можем
"влезть" в клетку, не навредив ей, и посмотреть, как данная замена влияет на функции клетки. Затем мы можем сравнить эффекты каждого варианта с предсказанными компьютером, и, таким образом, изменить модели того, как генетические изменения проявляются в норме и в патологии,"- говорит Кевин Рой, создатель технологии.

За счет своей точности и удобства меток MAGESTIC может использоваться для работы с индивидуальными клетками и генами в них. В первую очередь система разработана для изучения отдельных генетических вариантов, существующих в
популяции. Однако сама стратегия таргетной доставки донорской ДНК может расширить перспективы клинического применения технологий редактирования генома, сделав их безопаснее для использования in vitro и даже in vivo.

Источники:

1. https://newatlas.com/magestic-crispr-gene-editing/54564/
2. https://www.genengnews.com/gen-news-highlights/crisprs-magestic-evolution-makes-gene-editing-more-precise/81255788
3. Roy KR et al. Multiplexed precision genome editing with trackable genomic barcodes in yeast. Nature Biotechnology; 2018