Наследственный первичный гемохроматоз является одним из наиболее распространенных врожденных нарушений обмена веществ в Европе. При этом расстройстве, также известном как болезнь накопления железа, организм перегружен железом. Избыток железа накапливается в органах и тканях и приводит к медленно прогрессирующему повреждению печени, сердца, поджелудочной железы, гипофиза и суставов. Это может привести к изменениям в сердечной мышце (кардиомиопатии) или сахарному диабету (бронхиальный диабет) и даже к рубцеванию ткани печени (цирроз печени) и раку печени.

Причиной является генетический дефект, который нарушает регуляцию всасывания железа через слизистую оболочку тонкого кишечника. Исследовательская группа, возглавляемая профессором доктором Майклом Оттом и доктором Саймоном Крооссом из отделения гастроэнтерологии, гепатологии и эндокринологии Ганноверской медицинской школы (MHH), теперь нашла способ лечения наследственного заболевания с помощью целенаправленной коррекции генов. Работа была опубликована в журнале Nature Communications.

Контроль поглощения железа неисправен

"В большинстве случаев болезнь накопления железа возникает из-за дефекта в гене гемохроматоза HFE, который расположен на хромосоме 6", - говорит профессор Отт. Это происходит только у людей, которые унаследовали этот дефект от обоих родителей, то есть у которых нет "здорового" гена для компенсации. У более чем 80% пострадавших определенное изменение, называемое мутацией C282Y, обнаружено в обеих копиях гена HFE. Это приводит к замене аминокислоты — то есть строительного блока белка — в белке HFE.

В результате белок HFE теряет свою способность контролировать всасывание железа клетками кишечника. Чтобы опустошить запасы железа и нормализовать концентрацию железа в организме, пациенты должны соглашаться на пожизненные флеботомии. "Это вызывает стресс и, кроме того, работает не для всех", - отмечает гепатолог. Препараты, которые связывают железо непосредственно в организме и таким образом нейтрализуют его, также не идеальны из-за сильных побочных эффектов.

Ячейка запускает программу восстановления

Поэтому исследователи MHH придерживаются другого подхода. Они используют собственные механизмы восстановления организма для восстановления дефектного гена HFE. С помощью технологии CRISPR/Cas, известной как "генные ножницы", и сопутствующего биотехнологического инструмента они специально изменили крошечный дефектный строительный блок в мутировавшем гене HFE.

На техническом жаргоне эта процедура называется базовым редактированием. Особенность этой репарации генов: генные ножницы использовались таким образом, что они не просто полностью перерезали двойную нить ДНК в нужном положении, как при классическом применении. "Разрыв двойной нити всегда сопряжен с определенным риском нежелательных мутаций", - говорит доктор и ученый. С другой стороны, при редактировании базы две отдельные нити отделяются друг от друга, и изменяется только одна из них.

"В результате клетка автоматически запускает свою естественную программу восстановления и включает правильный нуклеотид также и во вторую цепь, так что мутация C282Y исчезает во всей двойной цепи", - объясняет доктор Кроосс.

Модель мыши: уровень железа в крови значительно падает

Исследовательская группа исследовала этот биотехнологический трюк на мышиной модели. При однократной инъекции скорость коррекции генов составила 12%. "Это большой успех, потому что большинство генетических заболеваний уже можно контролировать, если 5% клеток имеют правильный ген", - говорит доктор Элис Роваи, первый автор исследования. Уровень железа в крови уже значительно снизился через четыре месяца после вмешательства. Кроме того, исследователи ожидают увидеть дальнейшее снижение уровня железа через двенадцать месяцев. "Система восстановления работает вяло, поэтому большему количеству клеток печени требуется время, чтобы произвести генную коррекцию".

Но исследовательская группа хочет большего. До сих пор они упаковывали систему CRISPR / Cas с молекулярным инструментом в так называемый вирусный вектор, также известный как генное такси, и вводили его путем инъекции мышам. На следующем этапе исследователи хотят попытаться отправить только схему мРНК для базовой системы редактирования - аналогично вакцинам с мРНК против коронавируса SARS-CoV-2.

"Это безопаснее и эффективнее, потому что мы можем обойтись без вирусного вектора, и, возможно, увеличивает вероятность успеха до 30-40%", - говорит доктор Кроосс. Если это удастся и применение будет работать и на людях, то в будущем одна инъекция может спасти людей, серьезно страдающих от гемохроматоза из-за рака печени и удаления органов.

"Инъекция вместо трансплантации", - говорит исследователь печени Отт. Кроме того, базовое редактирование может быть терапевтическим вариантом для многих врожденных заболеваний, причиной которых является один дефектный ген.