И снова на нашем сайте обзор самых интересных научных разработок, имеющих отношение к здоровью и лекарствам.
Успехи генной и клеточной терапии
В 2023 году продолжился поток хороших новостей из стремительно развивающейся области генной и клеточной терапии, начавшийся в 2022 году.
В США была одобрена генная терапия гемофилии А — Rocatvian компании BioMarin и первая топическая (то есть для наружного применения) генная терапия буллезного эпидермолиза компании Krystal Biotech.
Об обоих препаратах XX2век уже писал.
Миодистрофия Дюшенна
А вот ускоренное одобрение генной терапии миодистрофии Дюшенна компании Sarepta — довольно неожиданное событие. Sarepta ещё в 2016 году вывела на рынок скандальный РНК препарат, потом ещё один, но параллельно с этим занималась разработкой генотерапевтического продукта от той же болезни (конкурируя с Pfizer и Solid Biosciences).
Препарат представляет собой ген микродистрофина (это усеченная версия белка дистрофина, самого большого белка в организме человека), упакованный в вирусный капсид AAVrh74, который служит средством доставки (вектором) гена в мышцы. После внутривенного введения вектор распределяется в ткани, и в мышцах начинается экспрессия (то есть производство) микродистрофина, который компенсирует недостаток нормального дистрофина у больных миодистрофией Дюшенна.
В мае 2023 независимая комиссия FDA (Advisory Committee) проголосовала 8 голосами против 6 в пользу одобрения препарата и вскоре он получил ускоренную регистрацию. Противники одобрения говорят, что в единственном рандомизированном исследовании не была достигнута статистическая значимость по сравнению с плацебо, и одобрение фактически основывается на повышении микродистрофина в мышцах, что совершенно не означает реального улучшения состояния пациентов, которое может изменяться в широких пределах (рис. 1). Кроме того, между исследованиями менялся способ производства препарата, и есть опасения, что препарат, который используется сейчас, «слабее» предыдущей версии.
Сторонники одобрения возражают, что, хотя статистическая значимость по сравнению с плацебо и не была достигнута, измеренные показатели превосходили плацебо во всех временных точках. Кроме того, если отдельно рассмотреть пациентов 4-5 лет, то у них была достигнута статистическая значимость. Также они напирают на безопасность препарата — никто из пациентов не умер, правда, у 85 пациентов наблюдалось 1200 нежелательных явлений, из них 13 серьёзных. В итоге FDA выдала довольно узкое одобрение — для пациентов 4-5 лет c подтверждённой мутацией в гене дистрофина. Если текущее исследование, результат которого должен появиться к концу 2023 года, не подтвердит эффективность и безопасность лекарства, одобрение может быть отозвано.
Тем временем препарат будет продаваться по цене $3.2 млн, что делает его одним из самых дорогих лекарств.
Не обошлось и без небольшого скандала: глава центра FDA, отвечающего за генную терапию, опубликовал меморандум, в котором поясняет, что фактически единолично принял решение об одобрении, в то время как не все сотрудники центра с ним согласны.
Диабет 1 типа
Помимо этого, первое одобрение в США получили островковые клетки умерших доноров для лечения диабета 1 типа. Такая терапия применяется давно, с 1999 года, но с переменным успехом и до сих пор считается экспериментальной. Во-первых, доноров мало по сравнению с диабетиками, во-вторых, для предотвращения отторжения клеток требуется серьёзная иммуносуппрессия, которая обладает своими нежелательными эффектами и не всеми пациентами хорошо переносится. Компания CellTrans смогла стандартизировать этот процесс и доказать, что её клеточный продукт позволил 25 пациентам из 30 отказаться от инъекций инсулина, причем 10 из них свободны от инъекций уже более 5 лет.
И всё же будущее — за более технологичными методами клеточной терапии диабета 1 типа, такими как стволовые клетки компании Vertex, о которых мы писали ранее. Недавно были опубликованы данные по шести пациентам, у которых после лечения началась продукция инсулина, причем первым двум пациентам удалось в течение года отказаться от инъекций инсулина. Продукт компании представляет собой донорские стволовые клетки, дифференцированные в островковые клетки.
Бета-талассемия и серповидноклеточная анемия
Не успела компания bluebird bio получить одобрение своей генной терапии бета-талассемии, как на одобрение была подана технология следующего поколения для лечения той же бета-талассемии, а также для серповидноклеточной анемии. Обе поданы уже упоминавшейся компанией Vertex в партнёрстве с CRISPR Therapeutics. Решение по заявкам ожидается в декабре 2023 и марте 2024 года. Удивительно, как быстро технология генного редактирования Crispr/Cas9, открытая только в 2005 году, прошла путь к практическому внедрению.
Успех CAR-T в нейробластоме
T-клетки с химерным антигенным рецептором (CAR-T) — новейший способ терапии лимфом и лейкемий, они уже стали стандартом помощи на третьей линии (то есть после того, как предыдущие две терапии не помогли) и постепенно начинают применяться на второй. Однако несмотря на многочисленные попытки пока ни разу не удалось показать эффективность CAR-T при солидных опухолях — то есть за пределами онкогематологических заболеваний. Тем ценнее любой результат в этой области, тем более для такой злокачественной, преимущественно детской опухоли, как нейробластома. Только 40-50% пациентов живут дольше 5 лет после постановки этого страшного диагноза, а у тех, кто не ответил на первую линию терапии, шансы долговременной выживаемости снижаются до 5-10%.
Возможно, новый метод терапии позволит улучшить ситуацию.
Аналогично тому, как это делается при лейкемиях, у пациентов берут их собственные лимфоциты, модифицируют их так, чтобы они атаковали опухоль, и вводят обратно. Если в случае онкозаболеваний крови клетки настраивают против белка CD19 на поверхности В-лимфоцитов, то в случае нейробластомы использовали GD2 — белок, который активно экспрессируется на клетках этой опухоли. Против этой мишени на рынок недавно вышло антитело Dinutuximab, но оно подходит далеко не всем. На случай, если что-то пойдёт не так, в CAR-T вводят также «ген самоубийства», кодирующий индуцибельную каспазу-9.
Если клетки размножатся в организме пациента и начнут ему вредить, ему можно дать лекарство, которое активируют каспазу и вызовет апоптоз — программируемую гибель клеток.
В исследование было набрано 27 пациентов, прошедших минимум две линии терапии, из них у 9 (33%) опухоли ушли совсем. Правда, у четырёх из девяти позже всё же произошёл рецидив. Из тех, кто получил максимальную дозу, трёхлетняя выживаемость составила 60%, что неплохой показатель для таких тяжёлых пациентов. Впрочем, пространство для улучшения тоже есть, но этот результат — пожалуй, лучший на сегодняшний день в области солидных опухолей.
Стенокардия
Ещё одна важная новость генной терапии — из области кардиологии. Компания XyloCor доложила о положительных результатах исследования фазы 2, в котором пациентам со стенокардией вводили генную терапию, стимулирующую рост сосудов. Препарат представляет собой ген, кодирующий фактор роста сосудов VEGF в векторе на основе аденовируса Ad5 (да-да, того самого, что входит в состав одного из компонентов Спутника V). Лекарство вводится в ходе хирургической процедуры прямо в сердечную мышцу. Через полгода наблюдения среди 28 пролеченных пациентов у половины наблюдалось снижение симптомов стенокардии. Конечно, компании ещё предстоит провести регистрационное исследование, чтобы доказать эффективность и безопасность на более существенной выборке пациентов.
Видео с механизмом действия препарата XynCor:
Теперь перейдём к новостям в области более «традиционных» лекарств, что, однако, не означает их меньшей важности для пациентов и врачей.
Первое одобрение по географической атрофии
Географическая атрофия — тяжёлое глазное заболевание, часто приводящее к слепоте. Это продвинутая форма возрастной макулярной дегенерации, при которой отмирают клетки участка сетчатки, отвечающего за центральное зрение (так называемое жёлтое пятно, или макула).
Болезнь называется так потому, что деградирующая сетчатка начинает напоминать географическую карту (рис. 3).
До этого года никакого лечения географической атрофии не существовало, хотя предпринималось множество попыток её лечить. Новый препарат — Pegcetacoplan компании Apellis — к сожалению, не может повернуть болезнь вспять и вернуть утраченное зрение, однако по результатам исследования он оказался способен на 36% затормозить развитие болезни, что немаловажный результат в такой трудно поддающейся лечению области.
Интересно, что это не первое одобрение препарата: вначале он получил регистрацию в такой, казалось бы, далёкой области, как редкое заболевание крови пароксизмальная ночная гемоглобинурия. Всё дело в том, что препарат воздействует на систему комплемента, связывая один из основных её компонентов — белок C3. В норме система комплемента участвует в защите организма от патогенов, однако её патологическая активация лежит в основе развития ряда заболеваний. Pegcetacoplan представляет собой два идентичных пептида, связывающих С3, соединенных мостиком из полиэтиленгликоля.
Такой механизм действия позволяет компании утверждать, что препарат будет эффективен и при других заболеваниях, где С3 играет важную роль, — боковом амиотрофическом склерозе, гломерулонефритах и т. д. Так ли это — покажут клинические исследования. Другие компании также используют воздействие на систему комплемента: так, уже давно на рынке находится Солирис — антитело против белка С5 для лечения пароксизмальной ночной гемоглобинурии и ряда других редких заболеваний.
Ещё один подход к боковому амиотрофическому склерозу
В прошлом выпуске мы подробно писали про комбинацию компании Amylyx, которая получила одобрение по боковому амиотрофическому склерозу (БАС).
В этом полугодии ускоренное одобрение получил ещё один препарат — tofersen компании Biogen. В отличие от лекарства Amylyx, это новая молекула класса антисмысловых РНК-олигонуклеотидов (к нему относится многим известная Спинраза для лечения спинальной мышечной атрофии), созданная специально для борьбы с БАС.
Tofersen связывается с участком мРНК, несущим мутацию, и вызывает его деградацию (рис. 4). Тем самым не производится мутантный белок SOD1, который во многом отвечает за развитие болезни. К сожалению, мутация SOD1 — причина только 1-2% случаев БАС. Как и в случае лекарства от миодистрофии Дюшенна компании Sarepta, препарат получил ускоренное одобрение только на основании снижения биомаркера NfL (белок нейрофиламента, маркер повреждения нервных клеток) в спинномозговой жидкости. Как и в случае Sarepta, препарат показал лишь статистически незначимую тенденцию к снижению биомаркера, однако комитет после долгих и горячих обсуждений также проголосовал 9-0 за ускоренное одобрение (но против обычного). Для получения полного одобрения нужно дождаться результатов фазы 3.
Для Biogen это уже второе одобрение за год — в январе было одобрено антитело против болезни Альцгеймера Lecanemab, тоже по ускоренной процедуре и тоже с весьма сомнительными клиническими данными (впрочем, в начале июля 2023 года препарат получил полное одобрение FDA).
Вообще, FDA стало одобрять довольно много препаратов для лечения редких заболеваний по предварительным данным, требуя предоставления более убедительных данных для полного одобрения. Многие критикуют агентство за то, что оно допускает на рынок недостаточно проверенные дорогостоящие препараты. Однако, как показывает история с адуканумабом и другие случаи, если препарат работает плохо и не вызывает доверие врачей и пациентов, он потерпит неудачу на этапе коммерциализации.
А если препарат всё-таки «рабочий», было бы нехорошо задерживать его выход на рынок и ограничивать тем самым доступ к нему пациентов. Таким образом, FDA находится в сложном положении, испытывая давление сторонников разных точек зрения, и очень важно, что при этом агентство действует в духе открытости, общественного обсуждения и строгого научного подхода.
Старый добрый колхицин
FDA впервые одобрило препарат против сердечного воспаления — и этим препаратом оказался колхицин, который ещё в древнеегипетском папирусе Эберса упоминается как средство от ревматизма.
Он давно применяется при подагре и средиземноморской лихорадке, хотя и уступает нестероидным и стероидным противовоспалительным. Колхицин выделяется из растений, например шафрана, безвременника осеннего. Механизм его действия многообразен и до конца не выяснен. Понятно, в частности, что он накапливается в клетках иммунной системы и препятствует их активации, чем отчасти объясняется противовоспалительный эффект (рис. 5).
В 2006 году FDA начало Unapproved Drugs Initiative, направленную на лекарства, которые находились в обороте до введения современных норм тестирования лекарств. Целью инициативы было либо подтвердить эффективность таких лекарств, либо убрать их с рынка. Среди всех продавцов колхицина только URL Pharma вызвалась провести клиническое исследование, и, получив одобрение FDA, подняла цену на препарат в 50 раз, пользуясь монополией, предоставленной регулятором на три года. URL была куплена японской компанией Takeda, которая заработала на препарате 542 млн долларов, пока на рынок снова не вышли дженерики.
Тем временем старая словацкая компания Agepha запатентовала использование колхицина для лечения сердечного воспаления и провела клиническое исследование на 5522 пациентах, которое показало снижение риска смерти от инсульта и сердечно-сосудистых заболеваний на 31%, если принимать препарат в дополнение к статинам. Таким образом, этот случай стал не только первым одобрением в США по такому показанию, но и первым случаем, когда европейская фармкомпания получила одобрение в США без присутствия в США.
Успех в лечении опухоли мозга
Глиома 2 степени — не такая злокачественная опухоль, как глиома 3 степени (анапластическая астроцитома) или 4 (мультиформная глиобластома), однако она всё равно полностью не лечится и даже после хирургии (рис. 6) медленно растёт и грозит превратиться в более злокачественные формы. Поэтому важная задача — попытаться замедлить этот рост и отсрочить необходимость в радио- и химиотерапии, ухудшающей качество жизни. Значительная часть глиом 2 степени несёт мутации двух белков — IDH1 и IDH2, это ферменты изоцитратдегидрогеназы, мутантные формы которых производят онкогенное вещество 2-гидроксиглутарат. Это открытие совершила компания Agios Pharmaceuticals, она же начала разрабатывать ингибиторы этих ферментов. Сейчас на рынке уже имеются такие молекулы для лечения острого миелоидного лейкоза, но они почти не проникают в мозг.
Поэтому в Agios разработали новую молекулу, Vorasidenib, которая по результатам клинического исследования фазы 3 показала очень неплохие результаты. В группе препарата медианное время до прогрессии заболевания составило 27,7 мес. против 11,1 в группе плацебо, а самое главное — снизило количество пациентов, которым в течение двух лет потребовалась радио- и химиотерапия с 76% до 16,6%!
Это первый препарат за 20 лет, улучшивший течение глиомы 2 степени.
В 2020 году разработки Agios были куплены французской компанией Servier за 1,8 млрд долларов, и, видимо, Servier не прогадала.
Первый негормональный препарат против приливов
Примерно у 80% женщин в период менопаузы случаются приливы — ощущение сильного жара, не вызванное внешними причинами. Приливы происходят из-за снижения уровня гормонов эстрогена и прогестерона, и, хотя не являются опасными, сильно портят качество жизни. Их можно лечить гормонозаместительной терапией, но она подходит не всем. Новое вещество, fezolinetant, не имеет гормональной природы — это антагонист рецепторов нейрокинина 3 (NK3R), одного из ключевых регуляторов гормональной системы в головном мозге. Раньше уже предпринимались попытки воздействовать на этот рецептор, но безуспешные.
На сей раз, видимо, молекула оказалась подобрана удачно: обширная программа исследований включала в себя 3000 женщин в трёх исследованиях фазы 3, и во всех было показано убедительное превосходство над плацебо в плане снижения частоты и тяжести приливов.
Это тоже пример хорошего приобретения для японской компании Astellas, которая купила разработчика — бельгийский стартап Ogeda — в 2017 году за 800 млн евро.
Медицина, которая не медицина
Медицина может быть только одна — основанная на доказательствах и научных данных. Однако параллельно с доказательной процветает и «медицина» с недоказанной эффективностью или даже с доказанной неэффективностью, которая прячется под именами «комплементарной», «альтернативной», «традиционной», «интегративной». Это целый спектр подходов, от более-менее научно обоснованных (массаж, некоторые витамины или травы), до абсолютной лженауки типа гомеопатии или биорезонанса. Когда такие практики не вредят и применяются в дополнение к доказательной медицине, особых проблем нет (кроме напрасной траты денег).
Но когда лженаучные подходы начинают подменять настоящее лечение — это трагедия.
Очередной раз это было продемонстрировано в исследовании, где сравнивали исходы больных раком, которые лечились обычным рекомендованным способом, и тех, кто лечился «альтернативной медициной». Учёные выяснили, что риск смерти у тех, кто лечился альтернативно (то есть, по сути, не лечился) в среднем в 2,5 раза выше, причём для рака молочной железы это 5,68 раз, для колоректального рака 4,57, а для рака лёгкого — 2,17 раз. Вывод неудивительный для сторонников доказательной медицины, но, возможно, важный для тех, кому надо принимать решение о лечении.
Любопытно, что для рака простаты разницы почти не было, — впрочем, давно известно, что многие случаи рака простаты не лечат, так как они развиваются медленно.
На этом фоне особенно удивительно, что ВОЗ тратит свои ресурсы на поддержание некоторых видов альтернативной «медицины», причем совсем далёких от науки. Речь идёт о документе «Образовательные стандарты ВОЗ по антропософской медицине», который недавно появился на сайте организации. Там, например, есть такие перлы, как «Концепции антропософского акушерства: производить оценку каждой женщины и ребёнка в соответствии с физической, эфирной, астральной и “Я”-организацией, и устанавливать диагноз равновесия и дисбаланса четырёх формирующих сил».
Не знаю, как специалисты ВОЗ, а я бы не доверил принимать роды антропософской акушерке.
Впрочем, ВОЗ не первый раз замечена за поддержкой лженаучных методов терапии: в прошлый раз мы писали об этом, когда в Международную классификацию болезней была включена «традиционная» китайская медицина. Жаль, конечно, что в уважаемой организации, которая делает столько полезного, есть сторонники ненаучных подходов к лечению.
Что касается более «научной» категории продуктов — БАДов — то до сих пор, несмотря на широкое применение и довольно свободную продажу, они довольно слабо изучены. В отличие от лекарств, для БАДов не требуется устанавливать механизм действия, проводить исследования по влиянию организма на БАДы и БАДов на организм (фармакодинамика и фармакокинетика), а также проводить исследования эффективности и безопасности на людях.
В новой статье делается попытка разобраться, какие эффекты могут оказывать БАДы на организм, на примере двух коллекций: трав традиционной китайской медицины и пищевых добавок и натуральных продуктов. Эти БАДы представляют собой очень сложную смесь веществ, только часть из которых известна и охарактеризована. В ходе работы был сделан ряд любопытных наблюдений.
Например, выяснилось, что в некоторых случаях отдельные вещества оказывают сильное влияние на печеночные ферменты, а в смеси их эффекты отменяют друг друга. Или наоборот, смесь целиком активна в отношении белков организма, а отдельные её компоненты — нет. Оказалось, что водные экстракты, которые в основном используются при приготовлении китайских трав, обычно не способны обеспечить достаточные концентрации веществ — это возможно с помощью органических растворителей, но они потенциально и более токсичны.
На основе профилей активности БАДов были сделаны предположения о механизме действия некоторых продуктов (рис. 8), которые частично перекрываются с некоторыми лекарствами, например, противовоспалительными.
В целом же эта работа наглядно показывает, что во многих случаев приём БАДов — это рулетка, потому что из десятка брендов одной и той же травы пять могут быть с одного китайского завода, а остальные — с разных других. Травы, собранные в разное время, экстрагированные разными способами и в разных концентрациях будут действовать по-разному — и вы никогда сами не сможете сказать, как именно. Особенно осторожно нужно быть тем, кто принимает их одновременно с лекарствами, потому что печеночные ферменты как раз и отвечают за метаболизм лекарств, а взаимодействия может быть непредсказуемым — и усиление эффекта, и ослабление, и проявление токсических свойств.
От лекарственных новостей — к фундаментальным достижениям
Мутация, защищающая от болезни Альцгеймера
Мутация, защищающая от болезни Альцгеймера
Учёным давно известны мутации, повышающие вероятность развития болезни Альцгеймера и ранней деменции. Они, в основном, находятся в генах белков PSEN и APP, имеющих отношение к отложению амилоидных бляшек — токсичных агрегатов, вызывающих гибель нейронов1.
1 Амилоидная гипотеза, состоящая в том, что амилоидные бляшки — основная причина болезни Альцгеймера, а их удаление может замедлить развитие болезни, долгое время была главным направлением в изучении патогенеза болезни. На ней основано создание антител, которые удаляют эти бляшки, и которые до 2022 года проваливались в клинических исследованиях. В июле 2023 полное одобрение FDA получило первое антитело, леканумаб, показавшее скромные, но достоверные результаты в задержке развития болезни.
Их наличие с высокой вероятностью приводит к тяжёлому течению болезни в возрасте 40-65 лет. Изучение пациентов с такими мутациями в Колумбии показало, что у них всех к 49 годам развилась деменция — за исключением одного. Он оставался здоровым до 70 лет, и лёгкая деменция началась только в 72 года, а через два года пациент умер от пневмонии. Это дало возможность изучить строение его мозга, и оказалось, что там обнаруживаются характерные для болезни Альцгеймера бляшки, состоящие из бета-амилоида и пептидов тау-белка — но не везде. В отделах мозга, отвечающих за память и ориентацию в пространстве, их почти не было. В попытках разобраться, как так произошло, учёные обнаружили редкую мутацию в гене белка рилина, которая, судя по всему, и защитила человека от снижения когнитивных способностей.
Рилин — регуляторный белок центральной нервной системы, отвечающий за рост и миграцию нейронов, развитие синапсов, обучение и память. Обнаруженная мутация приводит к более сильному связыванию рилина с рецепторами липопротеинов очень низкой плотности (VLDL) и аполипопротеинов (Apo). Про участие последних в патогенезе болезни Альцгеймера давно известно, несколько лет назад была обнаружена защитная мутация в гене ApoE3, которая задержала развитие болезни Альцгеймера на несколько десятилетий. Также мутация рилина приводит к снижению фосфорилированного тау-белка, который ассоциирован с развитием болезни (рис. 9). Как мы видим, патогенез болезни гораздо сложнее накопления амилоидных бляшек, и специалисты считают, что одним снижением бляшек обойтись будет невозможно. Более того, попытки понять патогенез болезни Альцгеймера на уровне отдельных молекул или даже клеток, возможно, обречены на неудачу: раз болезнь затрагивает такие малопонятные сущности, как сознание и память, речь идёт о больших ансамблях клеток. Здесь уместно старое сравнение с попыткой понять принцип действия радиоприемника путём выжигания у него отдельных конденсаторов.
Как бы то ни было, уже создана компания, Epoch Biotech, которая будет пытаться применить полученные знания о благоприятных мутациях для создания лекарств, помогающих при болезни Альцгеймера.
Пангеном человека
Первый геном человека был опубликован более 20 лет назад, а его расшифровка обошлась примерно в 3 млрд долларов. Он многое дал для понимания эволюции человека, молекулярных механизмов в норме и при болезнях, индивидуального развития и взаимоотношений со средой. Однако он был, во-первых, неполным — тогдашние технологии не позволили расшифровать примерно 7% из трёх миллиардов букв. Во-вторых, большая часть материала принадлежала одному человеку преимущественно европеоидного происхождения. При этом сделанные на основе этого референсного генома выводы распространяли на людей другого этнического происхождения, что, вообще говоря, некорректно. Между тем, геномы людей отличаются примерно на 0,1%, а это ни много ни мало 3 миллиона букв (пар оснований).
Прогресс в технологиях секвенирования позволил в итоге расшифровать практически весь геном, а начатый в 2019 году проект Консорциум референсного пангенома человека (Human Pangenome Reference Consortium, HPRC) объединил в одной базе данных 47 геномов людей различного происхождения, и собирается довести это число до 350 в следующем году.
Эта кропотливая работа уже позволила получить некоторые неожиданные выводы.
Так, оказалось, что полиморфизм генов, отвечающих за распознавание патогенов иммунной системы, ещё выше, чем думали раньше. Также более точный и разнообразный пангеном поможет в дальнейшем более надёжно секвенировать ДНК и РНК.
Новая эндонуклеаза эукариот
Выше упоминалась система CRISPR/Cas9, которая сейчас уже используется в клинических исследованиях для редактирования генома человека. Она была открыта в 2005 году у бактерий, которым она служит для защиты от вирусов. Эта система состоит из фермента эндонуклеазы Cas9, который разрезает ДНК, и направляющей РНК (guide RNA), которая указывает, в каком месте её надо разрезать.
Генетики научились менять последовательность guide RNA, чтобы иметь возможность разрезать ДНК в любом месте. Полученный разрез позволяет направленно отключить ген, а если рядом есть специально подготовленный фрагмент ДНК — то и вставить его в геном, то есть отредактировать. До этого года такие системы обнаруживали только у прокариот.
В 2023 году вышла работа коллектива под руководством Чжан Фэна (кит. 张锋), одного из пионеров в области генного редактирования, где впервые описана РНК-направляемая эндонуклеаза из эукариот под названием Fanzor.
Сам белок был открыт при изучении транспозонов — мобильных элементов ДНК, которые способны перемещаться по геному относительно самостоятельно. Фэн Чжан и коллеги обнаружили сходство Fanzor с одной из прокариотических эндонуклеаз, что и привело к открытию. Разные версии Fanzor обнаружены у грибов, растений, простейших, членистоногих, моллюсков, и есть предположение, что их гены попали к эукариотам от прокариот горизонтальным переносом (зачастую посредниками тут являются вирусы).
Изначальная версия Fanzor была не слишком активна в отношении репрограммирования человеческого генома, но учёные направленным мутагенезом повысили эффективность в 10 раз, а также получили структуру фермента с разрешением 2.7Å методом криоэлектронной микроскопии (рис. 11).
Относительно небольшой размер Fanzor и потенциально более высокая точность, чем у CRISPR/Cas9, может сделать его ценным инструмент в добавление к другим инструментам редактирования — как эндонуклеазам, так и более новым конкурентам — редакторам оснований (base editors2) и prime editors3.
2 Этот способ генного редактирования позволяет менять одно основание ДНК на другое без разрезания цепи ДНК, что намного повышает безопасность редактирования. Уже находится в клинических исследованиях.
3 Самый гибкий на данный момент из исследованных видов редактирования, при котором одновременно с разрезанием ДНК происходит её «перезапись» по шаблону РНК, другой фрагмент которой представляет собой направляющую РНК. Пока ещё находится в исследованиях на животных.
Осьминог, который перекодирует себя
Напоследок, занимательная новость из биологии моллюсков. Оказывается, при охлаждении в мозге осьминога тысячами редактируется мРНК, что меняет функцию белков и позволяет животному приспособиться к холоду.
Редактирование мРНК — известный способ гибкой подстройки организмов под изменения среды, но у людей, мышей и дрозофил, где его изучали активнее всего, он встречается редко. У дрозофил около 1300 сайтов перекодировки, в основном они нужны для настройки нервной системы и почти не зависят от температуры.
У осьминога же обнаружили более 20 000 сайтов перекодирования вследствие холода, причём многие из них затрагивают функции синаптических мембранных каналов, кальций-связывающих белков и белков аутофагии (процесс утилизации ненужных клетке компонентов). Перекодированием занимается фермент ADAR (аденозиндезаминаза, действующая на РНК), но механизм её активации на холоде пока неясен. Возможно, стабилизируются структуры dsRNA, с которыми она связывается, и активируются какие-то регуляторы.
Учёные показали, что изменения проявляются в течение нескольких часов и через 4 дня выходят на плато. Они также выяснили на двух конкретных примерах, как именно изменение в РНК проявляется в функциях белков. На холоде скорости многих процессов замедляются, повышается вязкость мембран, и, чтобы это скомпенсировать, нужно повысить скорость работы одних белков, понизить — других, и поменять поверхностные свойства третьих.
Осьминоги оказались в этом удивительно успешными. Ведь они — холоднокровные животные, но при этом одни из самых умных беспозвоночных, то есть их выживание довольно сильно зависит от когнитивных способностей. Между тем, изменение температуры воды даже на несколько градусов могло бы лишить их способности соображать, если бы не специальные механизмы, описанные в статье.