Митохондриальные заболевания — редкие, но крайне тяжелые генетические состояния, которые затрагивают примерно одного человека из 5 тыс. Они могут вызывать слабость мышц, судороги, нарушения обмена веществ и инсультообразные эпизоды.
Одной из таких патологий является MELAS-синдром — сочетание мышечной дистрофии, энцефалопатии, повышенной кислотности крови и псевдоинсультов. Он часто связан с мутацией m.3243A>G в митохондриальной ДНК, особом виде генетического материала, который содержится в митохондриях — энергетических «станциях» клетки.
Проблема в том, что для таких пациентов до сих пор нет эффективных методов лечения. Возможно, они появятся после работы, опубликованной в журнале Molecular Therapy Nucleic Acids.
Один из ключевых вызовов при исследовании этих заболеваний — явление, называемое гетероплазмией. Это ситуация, когда в одной клетке сосуществуют как нормальные, так и мутантные копии митохондриальной ДНК. Их соотношение может сильно варьироваться от органа к органу, из-за чего становится сложно предсказать течение болезни или найти универсальное лекарство.
Кроме того, у ученых до сих пор не было удобных инструментов, с помощью которых можно было бы управлять уровнем мутантной ДНК в клетках. Без таких моделей невозможно точно понять, как именно количество мутаций связано с выраженностью симптомов.
Но японские ученые из университета Фудзита под руководством Наоки Яхаты нашли способ изменить эту ситуацию. Они разработали метод, который позволяет точно регулировать уровень мутантной митохондриальной ДНК в клетках, полученных из стволовых клеток пациента с мутацией m.3243A>G. Команда использовала ферменты mpTALENs — специальные белки, которые можно «настроить» на разрезание строго определенных участков ДНК.
Инженеры создали две версии этих ферментов: одна «нацелена» на разрушение мутантной ДНК, другая — на нормальную. Это дало им возможность создавать клеточные модели с разным процентом мутации — от 11 до 97%. При этом клетки продолжали развиваться в различные типы тканей, что делает метод особенно полезным для изучения заболевания в разных органах.
Это первое исследование, где удалось не только снизить, но и увеличить долю мутантной ДНК с помощью программируемого фермента
Чтобы сделать технологию точной и безопасной, команда использовала нестандартные элементы, усиливающие выборочное действие ферментов и уменьшающие риск случайного повреждения нормальной ДНК. Применялись также вспомогательные методы, например, добавление уридина, чтобы сохранить жизнеспособность клеток с высоким уровнем мутаций.
В результате ученые получили не просто удобный инструмент для изучения болезней, а потенциальную платформу для будущих терапий. Возможность «настраивать» процент мутантной ДНК открывает путь к персонализированным стратегиям лечения, а также к созданию точных моделей других митохондриальных заболеваний.
«Мы уверены, что этот метод может быть адаптирован и для других мутаций в митохондриальной ДНК, а значит — расширить наши знания о причинах этих болезней и ускорить разработку новых подходов к лечению», — подытожил Яхата.
Ранее Наука Mail рассказывала о проекте по составлению атласа генетических изменений в одной семье.
