Серцево-судинні захворювання – основна причина смерті в усьому світі. Всесвітньої організації
Аналогічна ситуація складається й у Росії.За даними Росстату, у 2021 році (дані за 2022 рік поки що відсутні) від захворювань системи кровообігу в країні померли 933,8 тис. осіб. Це 38% від загальної кількості померлих за рік – 2,44 млн. осіб. До початку пандемії коронавірусної інфекції у 2019 році частка таких захворювань була ще вищою: 47% або 841,2 тис. із 1 798,3 тис. смертей.
У такій ситуації не дивно, що медичніорганізації та дослідні інститути по всьому світу шукають нові способи профілактики, запобігання та лікування захворювань серцево-судинних захворювань. Усі знають, що здоровий спосіб життя – збалансоване харчування, регулярні фізичні вправи та зниження стресу – скорочують ризик розвитку таких захворювань. Але Verve Therapeutics пропонує піти далі: один укол, який змінить ДНК, щоб забезпечити довічний захист.
Що таке CRISPR?
CRISPR-Cas9 - один з найвідоміших наСьогодні методів генетичного редагування. Він дозволяє відключати та видаляти окремі гени або замінювати їх ділянки. Теоретично це ідеальний інструмент для лікування захворювань шляхом постійної корекції шкідливих базових мутацій або руйнування генів, що викликають захворювання, з високою точністю та ефективністю.
Метод, який використовують вчені, нештучний. Система CRISPR-Cas9 у процесі еволюції розвинулася у бактерій та архей як захисний механізм від фагової та плазмідної інфекції — зараження вірусом або плазмідами. Дослідження мікроорганізмів показало, що їхня ДНК містить повторювані ділянки, які назвали CRISPR. За своєю суттю, це "база даних прийме" відомих вірусів, з якими раніше стикалася ця бактерія або її "предки".
При першій взаємодії з вірусом бактеріїзберігають у ДНК фрагменти його генетичного матеріалу. Для активації імунітету CRISPR працює зі спеціальними білками – Cas. При повторній взаємодії з вірусом, геном якого гомологічний (схожий) з тим, що міститься в базі даних, клітина активує транскрипцію області CRISPR. В результаті серії біологічних процесів формується напрямна РНК і білок - ендонуклеаза, які знаходять чужорідні області вірусного генетичного коду та руйнують його.
Як за допомогою CRISPR-Cas9 редагувати гени?
Система CRISPR-Cas9 нагадує крихітні ножиці.Вони складаються з двох елементів: напрямної РНК, яка «говорить» ділянки з якоюсь послідовністю нуклеотидів необхідно зруйнувати, і білка Cas9, який виконує «надріз» двох ланцюжків ДНК у потрібному місці. Змінюючи нуклеотидну послідовність невеликого сегмента напрямної РНК, такі ножиці можна націлити майже будь-яку потрібну ділянку гена. Після виконання розрізу активуються природні механізми відновлення ДНК, які зрощують молекулу, що, як правило, усуває шкідливу мутацію.
Недолік цього пов'язані з тим, щочисленні розриви дволанцюжкової ДНК призводять до нових мутацій, які спричиняють побічні ефекти від терапії. Наприклад, ізраїльські вчені проаналізували використання CRISPR/Cas9 для лікування одного з видів раку і показали, що окрім позитивного результату, перебудова геному ставить під загрозу стабільність ДНК, що згодом може призвести до інших онкологічних захворювань.
Дослідники активно працюють над оптимізацієюметоду, щоб зберегти корисні ефекти і не завдати шкоди пацієнтові. Наприклад, для цього можна використовувати не Cas9, а інший білок, який акуратно розрізає лише одну з двох ниток ДНК.
Художня ілюстрація роботи різних підходів до редагування генів. Зображення: Tianxiang Li et al., Signal Transduction and Targeted Therapy
Якщо спочатку CRISPR використовувався тількидля того, щоб просто робити надрізи у ДНК. Наразі дослідники тестують можливість використання модернізованої технології для активації та деактивації окремих генів, або вставки абсолютно нових фрагментів ДНК у геном. При цьому нові форми редагування працюю дещо по-іншому.
Наприклад, технологія базового редагування(Base editing) замість розрізання використовує заміну одного нуклеотиду (азотистої основи) в молекулі на інший. За допомогою цього підходу можна замінити зв'язок основ «цитозин - гуанін» в заданому місці ДНК на пару «тимін - аденін» і навпаки.
Як знизити ризик серцево-судинних захворювань?
Найбільш очевидне застосування генетичногоредагування в медицині - лікування захворювань, викликаних мутаціями в генах. Але насправді можливості набагато ширші, вважають у Verve Therapeutics. Наприклад, вони пропонують відключати у людей один із генів, який кодує білок, що впливає на рівень холестерину в крові.
Одна з найпоширеніших причин розвиткусерцево-судинних захворювань – атеросклероз. Порушення, пов'язані з білково-ліпідним обміном, призводять до відкладення всередині судин холестерину, що перешкоджає нормальному току крові. У міру розвитку атеросклеротична бляшка може викликати тромбоз, спричиняти інфаркти та інсульти.
При нестачі холестерину клітини виробляютьспеціальні рецептори ліпопротеїну низької густини, які захоплюють цю речовину з крові. Один із генів, які відповідають за рівень холестерину — PCSK9. Він регулює виробництво однойменного білка, що руйнує такі рецептори. Дослідження показали, що деактивація цього гена призводить до зниження рівня холестерину в крові та ризику розвитку серцево-судинних захворювань.
Один укол знижує рівень холестерину
Verve Therapeutics використовує заміну одногооснови аденін (A) на гуанін (G) у певній ділянці гена PCSK9, щоб порушити вироблення однойменного білка. Ліки складається з матричної РНК (мРНК) та гідової РНК (гРНК), упакованих у ліпідну наночастинку (ЛНП). Ліки вводять через вену в кров. Наночастинки засвоюються клітинами печінки, зв'язка на основі мРНК та гРНК сканує ДНК та замінює одну з основ.
Художня ілюстрація роботи технології Verve-101. Зображення: Verve Therapeutics
Експерименти на приматах показали, що у мавп,які отримали ліки протягом кількох днів після уколу рівень холестерину в крові знижувався приблизно на 60-70%. При цьому досягнутий результат зберігався щонайменше протягом восьми місяців.
Довгострокові ефекти впливу Verve-101 у приматів: скорочення від базової (до початку лікування) кількості білка PCSK9 (ліворуч) та холестерину (праворуч) у крові. Зображення: Verve Therapeutics
Для першої фази клінічних випробувань у VerveTherapeutics обрали людей, у яких діагностовано генетичне захворювання – гетерозиготна сімейна гіперхолестеринемія. Це генетична мутація, яка пригнічує експресію рецепторів ліпопротеїну низької щільності, тому в крові накопичуються аномально високі рівні холестерину.
У компанії пояснюють свій вибір необхідністюбути обережними при тестуванні нового методу: у добровольців, включених у першу фазу випробування, вже є схильність до атеросклерозу та хвороби серця, а тому ризикована терапія виправдана. Якщо випробування пройдуть успішно, в компанії планують розширити спектр генів, які можна відключити, так і спектр можливих пацієнтів.
У перспективі такий підхід може призвести дозагальної вакцинації і від схильності до розвитку атеросклерозу, а й, наприклад, від цукрового діабету. Одночасно в компанії зазначають, що для цього потрібно кілька років.
Варто зазначити, що до цього часу жоденметод лікування на основі CRISPR не отримав схвалення для масової терапії та застосовуються лише у клінічних випробуваннях. Перше подібне рішення, як очікується, американський регулятор (FDA) може ухвалити у 2023 році.
Читати далі:
Користь вітаміну D для профілактики раку залежить від ваги людини
Приховану колонію пінгвінів випадково знайшли за знімками з космосу
Гігантська сонячна пляма повертається до Землі. Його видно неозброєним поглядом