Сжатие помогло CRISPRa эффективнее превращать клетки кожи мышей в нейроны

Исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали метод, при котором кратковременное физическое сжатие клетки многократно повышает эффективность превращения клеток кожи в нейроны с помощью активационной версии CRISPR. Технология называется MECA (mechanically enhanced CRISPR-mediated activation). Работа опубликована в журнале Matter. Руководитель исследования — профессор биоинженерии UCLA Сон Ли.

Почему CRISPR без сжатия работает хуже

Геном клетки организован в компактные упакованные структуры — хроматин. Большая часть ДНК в любой момент времени «закрыта»: она свёрнута настолько плотно, что молекулярный аппарат не может добраться до нужных генов. CRISPRa (активационная система на базе CRISPR) умеет включать заданные гены, не разрезая ДНК, — но только если они физически доступны. Именно поэтому перепрограммирование клеток с помощью одного только CRISPRa даёт относительно низкий выход: значительная часть целевых генов остаётся недоступной.

Команда обнаружила, что кратковременное механическое сжатие ядра открывает хроматин в специфических областях. Чтобы выяснить, какие именно зоны стали доступны, исследователи провели геномное картирование и подобрали направляющие РНК для работы CRISPRa в этих участках.

Как работает метод MECA

Клетки пропускают через микрофлюидный чип с каналами, более узкими, чем само ядро. Проход занимает миллисекунды: быстрое сжатие временно ослабляет плотную упаковку хроматина. CRISPRa доставляется в виде короткоживущей РНК (без вируса и без разрезания ДНК). Сжатие применяется примерно через сутки после доставки. Направляющие РНК специально разработаны для зон, открывшихся после сжатия.

Результаты на клетках мышей:

• сжатие + CRISPRa с прицельными направляющими — около 10% клеток кожи переходят в нейроны против 3% при использовании одного CRISPRa;
• активация гена Oct4, переводящего клетки в частично стволоподобное состояние, с последующим включением Ascl1 и Brn2 — выход нейронов достигал около 40%;
• обработанные состарившиеся клетки кожи по оценкам метилирования ДНК становились биологически моложе, и несколько других маркеров старения также улучшались.

Для чего это может применяться

Получение нейронов из собственных клеток пациента без прохождения через стадию стволовых клеток — давняя цель регенеративной медицины. Такие нейроны, в теории, могут с меньшей вероятностью отторгаться иммунной системой при трансплантации. В перспективе метод может быть полезен для моделирования нейродегенеративных заболеваний, испытаний лекарств и изучения клеточного старения. Эти возможности требуют дальнейшей проверки.

Читайте также: Микроглия удаляла повреждённые белки из нейронов в модели болезни Паркинсона.

Исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения США. Метод защищён патентной заявкой UCLA. Следующий шаг — проверка подхода на клетках человека и других типах клеток.