Поиск - новости науки и техники

Мышка хвостиком махнула

Редактирование генома грызунов поможет в борьбе за здоровье людей

Марина ДРУЦКАЯ,
ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярных механизмов иммунитета Института молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН,
кандидат биологических наук

Внешне это был обычный эксперимент, какие биологи проводят десятками, если не сотнями. В попытке понять, как развивается одно из самых распространенных аутоиммунных заболеваний человека, артрит, мышам вводили артритогенные антитела и наблюдали за симптомами, а затем динамикой болезни. Необычным было то, что у части мышей выключили ген, предположительно, виновный в развитии артрита. И оказалось, что грызуны с отредактированным геномом артритом не болеют. В знак благодарности они помахали хвостиками и побежали по своим мышиным делам.
Почти 20 лет работает с мышами ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярных механизмов иммунитета Института молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН кандидат биологических наук Марина ДРУЦКАЯ, но и для нее это было неожиданным.

Как вы обнаружили ген, отвечающий за распространение болезни?

У пациентов, страдающих от артрита, белка, продуцируемого тем самым, интересующим нас геном, в крови значительно больше, чем у здоровых людей, – объясняет М.Друцкая. – Он сам себя этим выдает. Такова особенность опасного недуга. Но если от вредного белка избавиться, предположили мы, то и болезнь прекратится, исчезнет, будто ее и не было вовсе. Эксперимент это подтвердил. Более того, теперь наши грызуны с выключенным геном приобрели устойчивость к этому распространенному и тяжелому аутоиммунному заболеванию. Следующий шаг – создать блокатор, вещество, способное подавлять белок, вызывающий болезнь, и защитить людей от артрита.
Справедливости ради отмечу, что такая терапия существует уже 20 лет, но метод все еще, мягко говоря, далек от совершенства. Один укол соответствующего препарата стоит несколько десятков тысяч рублей, и это лечение – пожизненное. К тому же не всем пациентам оно подходит, а некоторым вовсе противопоказано. Главное же – лекарство полностью блокирует белок, у которого есть и полезные функции. К артриту они не имеют никакого отношения, а отвечают, скажем, за контроль кровяного давления или работу нервной системы.

По известному принципу: одно лечим, другое калечим?

Мы исследуем функции фактора некроза опухолей (tumor necrosis factor, TNF), цитокина с обманчивым названием, применяя технологию обратной генетики. Оказалось, что этот белок имеет ряд полезных свойств в организме. В частности, отвечает за поддержание архитектуры лимфоидных тканей, помогает организму бороться с инфекциями, а недавно была показана его роль в поддержании кровяного давления. При этом патологически высокая продукция этого цитокина ассоциирована с развитием целого ряда аутоиммунных заболеваний.

Именно так. И чтобы избежать этого, воздействовать нужно избирательно: научиться находить и блокировать только тот белок, что наносит наибольший вред, как в случае с артритом. Проблема – как обнаружить и разграничить функции одного белка, отделить его полезные свойства от вредных, то есть «хорошие и плохие черты характера». Ведь есть, скажем, специализированные клетки иммунной системы, макрофаги, которые при артрите начинают продуцировать большие количества белков-цитокинов, что в итоге способствует развитию воспаления в суставах. Цитокины в норме выполняют важные функции в поддержании работы иммунной системы и не только.
Наша лаборатория уже более 30 лет исследует их функции, используя технологию так называемой обратной генетики. Для этого сначала удаляют или модифицируют выбранный ген, затем изучают фенотип – совокупность характеристик, присущих данной мыши на определенной стадии развития или в контексте какой-то модели заболевания. Так определяются важные, полезные и патогенные функции цитокинов, чтобы с их помощью предложить эффективную избирательную терапию самых разных заболеваний, патогенез которых связан с продукцией этого белка.
Такой подход в будущем позволит предложить более эффективное лечение не только артрита, но и других аутоиммунных заболеваний, например, псориаза или воспалительных заболеваний кишечника. Ученые рассчитывали блокировать и такой тяжкий недуг, как рассеянный склероз, однако не получилось. При клинических испытаниях оказалось, что пациентам становилось только хуже. Наши исследования на молекулярном уровне помогли найти причину неудачи. Она объяснялась тем, что системная терапия затронула специализированные клетки иммунной системы – Т-регуляторные – способные подавлять аутоиммунные процессы при рассеянном склерозе, не давая разрастись воспалению. Оказалось, что если удалить рецептор нашего белка, то эта специализированная популяция клеток становится уже не восприимчивой к белку. В этом случае мыши очень тяжело переносят экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит – мышиную модель рассеянного склероза. На грызунах мы показали, что системная блокировка, применяемая и к пациентам, затрагивает функцию специализированного типа клеток, которые препятствуют развитию воспаления. Так удалось понять, почему терапия, от которой все ожидали успеха, оказалась несостоятельной. Вывод простой: нужно искать избирательный способ терапевтической блокировки, который не будет захватывать эту популяцию клеток. Для них жизненно необходимо продолжать получать сигнал через рецептор этого белка, хотя он по-прежнему остается вредоносным для других клеток и тканей.
Отмечу, что наши фундаментальные исследования и разработанную лабораторией концепцию признал и высоко оценил Российский научный фонд. Уже пять лет наша лаборатория выигрывает гранты РНФ, что позволило привлечь к работе много молодежи, существенным образом улучшить техническую базу, приобрести современные приборы. Последний грант на четыре года, предназначенный лабораториям мирового уровня, получен совсем недавно. За прошедшие пять лет мы создали хороший задел, у нас большие планы проведения дальнейших исследований и экспериментов, поэтому, уверена, нам удастся выполнить требования фонда, включая и новые. Недавно состоялся мой дебют в качестве популяризатора науки. В рамках лектория РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019» я прочла лекцию студентам, аспирантам и молодым ученым МГУ о наших исследованиях, а затем ответила на многочисленные и интересные вопросы. По их характеру было понятно, что в зале присутствовали люди, связанные с медициной.

Объясните, как у мыши удаляют геном: просто берут ножницы и вырезают?

Да, именно так, с помощью ножниц, только молекулярных. Их роль выполняют специальные геномные нуклеазы. Геном мыши полностью расшифрован. Теперь не составляет труда выбрать интересующий нас генетический «объект» и удалить его с помощью специальных ферментативных систем. В результате реакции разрезается определенная последовательность ДНК. Поскольку
разрыв в ДНК потенциально опасен, то тут же включается система репарации (попросту говоря, защитная система), а она есть во всех клетках, и соединяет места разрыва, но при этом нам удается внести в геном желаемое изме-нение.

А мышь как на это реагирует? У нее удалили или заменили ген, а она и не заметила?

Это зависит от того, что именно у нее вырезали. В нашем случае, лишившись последовательности ДНК, кодирующей ген цитокина, она стала немного иммунодефицитной. То есть у нее оказался нарушенным определенный компонент иммунной системы. Если ее сравнить с кирпичным домом, то подобный иммунодефицит – это один вынутый кирпич. И нам необходимо понять, какую роль он играет для поддержания всей системы. На этом и основывается метод обратной генетики, когда, изучая фенотип живого организма с удаленным геном в контексте того или иного заболевания, мы делаем вывод о функции белкового продукта этого гена.

Переходят ли ваши фундаментальные исследования в практическую плоскость?

До конкретного лекарства дело может дойти, наверное, лет через десять, а то и больше – такова мировая практика. Но на основании наших исследований уже создан прототип препарата нового поколения в виде белкового блокатора. Он сделан для экспериментов пока только на мышах. У него две функции: связывать вредоносный белок и удержаться на клетке, которая нужный белок производит. Это предотвращает его системное высвобождение и попадание в кровь, то есть белок уже не в силах отделиться от клетки и нанести вред организму. В таком состоянии он становится беспомощным, попадает обратно внутрь клетки и, по-видимому, разрушается. Значение выработанного нами подхода в том, что мы фактически прерываем продуцирование белка на уровне клетки, – она прекращает порождать белок и провоцировать болезнь. Когда его в избытке, он вызывает системное воспаление и отравляет все и вся, нанося вред организму.

-Ваш метод – универсальный. Можно ли в содружестве с фарминдустрией распространить его на различные заболевания?

Безусловно. Универсальность этого подхода – а его используют во многих лабораториях – в создании молекулы двойного назначения. К ней «привязывают» блокатор, и она, как почтальон, доставляет его в клетку, считающуюся потенциально опасной, или прямо в поврежденную ткань. Если цель – опухоль, то вместо блокатора отправляют разрушающий опухоль токсин. А в роли «почтальона» «привязывают» антитело к молекуле, отличающую опухолевую клетку от нормальной. Мы не бьем из пушки по воробьям, а разрабатываем избирательный суперэффективный метод. (Это называется таргетная терапия.) Распространить его можно на целый ряд аутоиммунных и раковых заболеваний.

Вы получили грант на четыре года. Что за это время вы должны успеть сделать?

Планка установлена очень высоко. Мы обязаны, например, опубликовать несколько десятков статей, желательно в мировых топ-изданиях. Тогда РНФ, поставив на первое место качество, а не количество, засчитает одну публикацию за две. Для нас это большое подспорье. Но главное, развивая нашу концепцию, необходимо увеличить арсенал блокаторов и типов клеточных мишеней – их должно быть много, а не несколько, как сейчас. К каждому заболеванию, а их наберется с десяток, нужно подобрать свои эффективные блокаторы. И во всех исследованиях участвуют мыши. От них мы зависим даже не на 100, а на 200%. Недаром у всех наших сотрудников, даже студентов, есть свои мышки, сделанные собственными руками. Без них мы никуда.

Беседовал Юрий Дризе

Нет комментариев