CC BY
3
https://doi.org/10.17116/molgen2023410313
Возможности применения системы CPISPR-Cas9 для коррекции генетических мутаций
© Р.А. ШАРИПОВ, М.А. ОМАРОВ, А.Р. МУЛЮКОВ, А.И. ДЫБОВА, Э.Т. ВЯСЕЛЕВА, Н.Б. КАЮМОВА, А.Ш. САИТГАЛИНА, К.Р. ЭНТЕНТЕЕВ, И.Р. ЯГАФАРОВ, И.В. КУСЕРБАЕВ, Э.А. ГУБАЕВА
ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, Уфа, Республика Башкортостан, Россия РЕЗЮМЕ
Открытие технологии «генетических ножниц» CRISPR-Cas9 стало прорывом в разработке методов генной терапии и привлекло внимание всего научного сообщества. Эта технология предоставляет перспективы для лечения многих нейродеге-неративных и онкологических заболеваний, которые ранее считались практически неизлечимыми. На сегодняшний день механизмы развития и прогрессирования данных групп нозологий становятся все более изученными благодаря открытиям в области молекулярной биологии и генетики. Однако применение технологии CRISPR-Cas9 имеет некоторые ограничения и трудности, которые необходимо учитывать. Развитие работ по созданию и отбору специфических переносчиков генов, тщательная оценка безопасности современных генетических манипуляций и комплексное участие специалистов из разных областей науки — все это будет иметь важное значение для решения проблем, связанных с применением технологии CRISPR-Cas9, и достижения желаемого терапевтического эффекта.
Ключевые слова: заболевания человека, CRISPR-Cas9, редактирование генома, терапия, разработка лекарств. ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ:
Шарипов Р.А. — https://orcid.org/0000-0002-7720-4832, e-mail: [email protected] Омаров М.А. — https://orcid.org/0000-0003-1061-3006, e-mail: [email protected] Мулюков А.Р. — https://orcid.org/0000-0001-7490-3710, e-mail: [email protected] Дыбова А.И. — https://orcid.org/0000-0003-4912-7224, e-mail: [email protected] Вяселева Э.Т. — https://orcid.org/0000-0003-1181-8994, e-mail: [email protected] Каюмова Н.Б. — https://orcid.org/0000-0002-8854-8390, e-mail: [email protected] Саитгалина А.Ш. — https://orcid.org/0000-0002-0982-3922, e-mail: [email protected] Энтентеев К.Р. — https://orcid.org/0000-0001-9733-8697, e-mail: [email protected] Ягафаров И.Р. — https://orcid.org/0000-0001-9823-5737, e-mail: [email protected] Кусербаев И.В. — https://orcid.org/0000-0001-8853-2199, e-mail: [email protected] Губаева Э.А. — https://orcid.org/0000-0002-9268-0095, e-mail: [email protected] Автор, ответственный за переписку: Мулюков А.Р. — e-mail: [email protected]
КАК ЦИТИРОВАТЬ:
Шарипов Р.А., Омаров М.А., Мулюков А.Р., Дыбова А.И., Вяселева Э.Т., Каюмова Н.Б., Саитгалина А.Ш., Энтентеев К.Р., Ягафаров И.Р., Кусербаев И.В., Губаева Э.А. Возможности применения системы CPISPR-Cas9 для коррекции генетических мутаций. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2023;41(3):3—8. https://doi.org/10.17116/molgen2023410313
Benefits of using the CRISPR-Cas9 system in the modification of genetic disorders
© R.A. SHARIPOV, M.A. OMAROV, A.R. MULYUKOV, A.I. DYBOVA, E.T. VYASELEVA, N.B. KAYUMOVA, A.Sh. SAITGALINA, K.R. ENTENTEEV, I.R. IAGAFAROV, I.V. KUSERBAEV, E.A. GUBAEVA
Bashkir State Medical University, Ufa, Rep. Bashkortostan, Russia ABSTRACT
The discovery of the CRISPR-Cas9 genetic scissors technology was a breakthrough in the development of gene therapy methods and attracted the attention of the entire scientific community. This technology offers promise for the treatment of many neurodegenerative and oncological diseases that were previously considered almost incurable. Today, the mechanisms of development and progression of these groups of nosologies are becoming more and more studied thanks to discoveries in the field of molecular biology and genetics. However, the application of CRISPR-Cas9 technology has some limitations and difficulties that must be taken into account. The development of gene transporters, a thorough safety assessment of modern genetic manipulation tools, and an integrated approach by experts from different fields of science will all be important to solve the problems associated with the use of CRISPR-Cas9 technology and achieve the desired therapeutic effect.
Keywords: human diseases, CRISPR-Cas9, genome editing, therapy, drug development. INFORMATION ABOUT THE AUTHORS:
Sharipov R.A. — https://orcid.org/0000-0002-7720-4832; e-mail: [email protected] Omarov M.A. — https://orcid.org/0000-0003-1061-3006; e-mail: [email protected] Mulyukov A.R. — https://orcid.org/0000-0001-7490-3710; e-mail: [email protected] Dybova A.I. — https://orcid.org/0000-0003-4912-7224; e-mail: [email protected] Vyaseleva E.T. — https://orcid.org/0000-0003-1181-8994; e-mail: [email protected]
Kayumova N.B. — https://orcid.org/0000-0002-8854-8390; e-mail: [email protected] Saitgalina A.Sh. — https://orcid.org/0000-0002-0982-3922; e-mail: [email protected] Ententeev K.R. — https://orcid.org/0000-0001-9733-8697; e-mail: [email protected] Iagafarov I.R. — https://orcid.org/0000-0001-9823-5737; e-mail: [email protected] Kuserbaev I.V. — https://orcid.org/0000-0001-8853-2199; e-mail: [email protected] Gubaeva E.A. — https://orcid.org/0000-0002-9268-0095; e-mail: [email protected] Corresponding author: Mulyukov A.R. — e-mail: [email protected]
TO CITE THIS ARTICLE:
Sharipov RA, Omarov MA, Mulyukov AR, Dybova AI, Vyaseleva ET, Kayumova NB, Saitgalina ASh, Ententeev KR, Iagafarov IR, Kuserbaev IV, Gubaeva EA. Benefits of using the CRISPR-Cas9 system in the modification of genetic disorders. Molekulyarnaya Genetika, Mikrobiologiya i Virusologiya (Molecular Genetics, Microbiology and Virology). 2023;41(3):3—8. (In Russ.). https://doi.org/10.17116/molgen2023410313
Введение
История открытия. Стремительное развитие молекулярно-биологических технологий в последние годы открывает возможности их применения в терапии ранее неизлечимых заболеваний. Одной из них является технология «генетических ножниц», известная под названием CRISPR-Cas9. Эта технология получила развитие после того, как были открыты и затем тщательно изучены системы CRISPR-Cas бактерий и доказана защитная функция этих повторяющихся палиндромных структур [1, 2].
В 1987 г. группе японских ученых удалось выявить уникальные локусы CRISPR, сформированные палиндромными повторами в геноме бактерии Escherichia coli. Это открытие стало отправной точкой в развитии данного направления генетики. Ученые продолжали исследования в данной области, выявляя структурные и функциональные особенности CRISPR. В 1993 г. Франсиско Мохико выделил короткие палин-дромные повторы, специфичные для CRISPR, и результаты их изучения определили название данной комплексной структуры (clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR) [1—3].
Позже, в 2002 г., в составе локусов CRISPR были определены гены, кодирующие CRISPR-ассоциированные белки (Cas). Системы CRISPR-Cas отличаются между собой составом cas генов, что позволило разработать используемую в настоящее время классификацию данных генетических структур. В 2013 г. показана возможность функционирования CRISPR не только в бактериальных, но и в эукариоти-ческих клетках. В 2020 г. Дженнифер Дудна и Эмманю-эль Шарпантье были удостоены Нобелевской премии по химии за внедрение методов редактирования генов с помощью CRISPR-Cas9. Богатая история открытий, повышенный интерес мирового научного сообщества и многочисленные исследования демонстрируют актуальность технологии CRISPR-Cas9 в наши дни [3—5].
Структура и механизм действия CRISPR
Иммунная функция CRISPR-Cas состоит в узнавании специфических чужеродных нуклеотидных
последовательностей и сохранении о них памяти с целью их последующей деградации при повторном проникновении в клетку. В структуре CRISPR-Cas начальным элементом цепи является функциональный участок генетической последовательности, кодирующий белки Cas, определяющие тип системы CRISPR-Cas. Далее в цепи бактериальной дезоксири-бонуклеиновой кислоты (ДНК) последовательно расположены лидерная последовательность, включающая промотор и регулярно расположенные короткие палиндромные повторы, разделенные спейсерами. При повторном проникновении чужеродного генетического материала система CRISPR-Cas использует спейсеры как генетическую память для распознавания и уничтожения инфекции [1, 6—8].
Механизм иммунологической защиты CRISPR-Cas включает три последовательные стадии: адаптация, экспрессия и интерференция. При проникновении чужеродного агента в клетку хозяина начинается стадия адаптации, во время которой при участии Cas белков образуются фрагменты (короткие участки чужеродных последовательностей), получившие название спейсеров, дополняющие CRISPR-системы информацией о данном агенте. Адаптация осуществляется с помощью белков Cas1-Cas2 и мотива смежного с протоспей-сером (protospacer adjacent motif, PAM). Белковый комплекс воздействует на двухцепочечную (dsDNA) ДНК фагов и плазмид, вызывая двухцепочечный разрыв (DSB) и высвобождение фрагмента чужеродного генома [2, 3, 9—11]. Реакцию деградации чужеродной ДНК поддерживает мультибелковый комплекс RecBCD, выступающий в роли хеликазы и нуклеа-зы. Предпочтение в выборе подвижных генетических элементов (mobile genetic elements, MGE) в цепи данных реакций играет важную роль в дифференциров-ке чужеродных и собственных генетических структур, позволяя избежать аутоагрессии [11—14].
Процесс интеграции спейсеров осуществляется с помощью фактора интеграции хозяина (IHF). IHF сворачивает ДНК хозяина в U-образную конфигурацию, после чего происходит интеграция спейсе-ра в геном хозяина между лидерной последователь-
ностью и 5'-фосфатом проксимального ряда повто-ров-спейсеров [5, 13—15].
В стадии экспрессии происходит транскрипция генетической информации с образованием длинного транскрипта pre-crRNA и его процессирование с образованием короткой зрелой crRNA (направляющей, или гидовой, РНК), содержащей последовательность спейсера и часть прилегающего повтора. Данный этап включает процесс синтеза белковых комплексов, которые будут взаимодействовать с чужеродными агентами на последующих этапах.
Наконец, интерференция — это последний этап иммунной защиты CRISPR-Cas. На этом этапе crRNA служит направляющей для белков Cas и осуществляет распознавание специфической последовательности-мишени в чужеродной ДНК или РНК. При распознавании мишени происходит активация каскада реакций, которые приводят к деградации структур чужеродных нуклеиновых кислот и защите клетки хозяина. Стоит отметить факт стратегической выгоды палиндромной структуры повторов CRISPR обеспечивающей высокую скорость транскрипции определенных спейсеров, что позволяет быстро и эффективно реагировать на ретроспективно актуальные инва-зивные элементы [16—19].
Ограничения применения CRISPR-Cas9
Возможности применения системы CRISPR-Cas9 открывают широкие перспективы в клиническом ее применении. Однако перед внедрением данной технологии в практику необходимо преодолеть ряд связанных с ней проблем.
Самой актуальной проблемой является способ доставки CRISPR-Cas9 в целевую клетку. В настоящее время изучается множество вариантов реализации эффективной транспортировки компонентов системы. Одна из перспективных технологий — мРНК, представляющая собой компактную и удобную структуру с высокой активностью в редактировании генома и контролем объема целевой доставки данных структур в клетку. Другим вариантом является плазмидная ДНК, кодирующая белок Cas9. Данная технология является более габаритной и ограничена в целевом эффекте, однако она имеет преимущество относительно мРНК, являясь более стабильной и удобной на стадии ее проектирования [3, 12].
Стоит упомянуть вирусные и невирусные методы доставки, такие как электропорация, микроинъекция и липидные наночастицы. Однако терапевтическое применение таких технологий ограничено в связи с относительно низкой эффективностью доставки по сравнению, например, с вирусными векторами, такими как аденоассоциированный вирус (AAV), аденовирус и лентивирус. Достоинствами вирусных методов являются высокая специфичность и относительно низкая иммуногенность, однако ограниче-
ние емкости данных структур в 4,7 кбит/с является основной проблемой для эффективного транспорта CRISPR-Cas9, опосредованной AAV [3, 10, 12].
Также, одной из главных проблем, связанных с применением системы CRISPR-Cas9, является нецелевое действие «генетических ножниц», которое может привести к случайным патологическим мутациям. Для повышения специфичности системы были предприняты усилия, включая помещение гена Cas9 под контроль минимального промотора ВИЧ-1, опосредованного транскрипционным активатором (trans-activator of transcription, Tat), что позволило избежать нежелательной экспрессии Cas9. Также было продемонстрировано, что рибонуклеопротеин Cas9/ gRNA (Cas9 RNP) может быть разрушен постфактум, что позволяет инактивировать активную белковую структуру после редактирования целевой ДНК, обеспечивая максимальную целевую и минимальную нецелевую активность. Однако имеются данные о том, что применение RNP в некоторых типах клеток может вызывать врожденные иммунопатологические реакции [9, 10, 13].
Возможности применения технологии
CRISPR-Cas9
Перспективы применения системы CRISPR-Cas9 в медицине огромны для лечения многих заболеваний человека. Эту методику можно использовать для борьбы с вирусными инфекциями и корректирования генетических мутаций, которые риводят к развитию наследственных и приобретенных заболеваний, ранее считавшихся неизлечимыми. В настоящее время изучаются стратегии коррекции генетического материала у пациентов с онкологическими, неврологическими и аллергическими заболеваниями, сердечнососудистыми заболеваниями, наследственными болезнями крови и метаболическими расстройствами [10, 16, 19, 20].
Наследственные заболевания
Мышечная дистрофия Дюшенна
Прогрессирующая мышечная дистрофия Дюшенна — это наследуемое по рецессивному Х-сцепленно-му типу нервно-мышечное заболевание. Преимущественно поражает лиц мужского пола в детском возрасте и вызвано мутацией гена DMD, кодирующего белок дистрофин. Данная мутация приводит к качественному или количественному нарушению функции дистрофина.
В исследованиях прошлых лет была продемонстрирована эффективность использования технологии CRISPR-Cas9 для лечения мышечной дистрофии Дюшенна на модели мыши. В эксперименте ген DMD был подвергнут искусственной мутации посредством технологии CRISPR-Cas9 и помещен в зиготу. В ре-
зультате эксперимента в зародышевой линии мышиной модели мышечной дистрофии Дюшенна была достигнута коррекция мутации гена DMD и у новорожденных мышей исправлен фенотип с эффективностью от 2 до 100% [20, 21].
Эти экспериментальные модели с индуцированными направленными мутациями или отредактированными мутациями в целевом гене могут служить важным источником информации для раскрытия механизмов, лежащих в основе развития и прогрессиро-вания заболевания. Однако необходимо проведение дополнительных исследований для оценки безопасности и эффективности данного подхода на людях, а также получение всех необходимых разрешений для использования данной технологии в клинической практике [20—22].
Болезнь Паркинсона, также известная как дрожательный паралич, является нейродегенеративным заболеванием, которое прогрессирует в результате ней-ровоспалительной реакции. Данная реакция вызвана экзогенными нейротоксинами и гиперреактивностью нейроглиальной системы, ведущими к аутоиммунному процессу. Наиболее интенсивная реакция происходит в стриато-паллидарной системе и черной субстанции ретикулярной формации. В результате нейровоспалительной реакции клетки нейроглии приобретают амебоподобную форму и начинают продуцировать избыточное количество провоспалитель-ных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли-а (TNF-а), индуцируемая синтаза оксида азота (iNOS), 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин (MPTP), ряд интерлейкинов (IL-12, IL-6 IL-1p и IL-1) и гли-альный фибриллярный кислый белок (Glial Fibrillary Acidic Protein, GFAP). В результате этого процесса нейроны погибают, замещаясь клетками нейроглии, что приводит к развитию реактивного глиоза. Данные изменения усугубляются активацией фактора транскрипции NF-kB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells) и белковой киназы C delta (PKC6), что ускоряет гибель нейронов [23].
Результаты исследований группы ученых из Университета Беркли (University of California, Berkeley) и Калифорнийского института технологии (California Institute of Technology) показали подходы к редактированию ядерного и митохондриального генома с использованием CRISPR-Cas9. При использовании экспрессируемого gRNAs Cas9, нацеленного на ци-клооксигеназу 1 и 3 (Cox1 и Cox3 — это гены, кодирующие ферменты циклооксигеназы 1 и 3, соответственно), происходит целевая инициация расщепления определенных локусов митохондриальной ДНК. В результате эксперимента с применением этой методики было обнаружено, что нокаут взрослого про-лифератора пероксисомного рецептора y (PPAR y), коактиватора белка-1а (PGC-1a) и главного регулятора биогенеза митохондриальных заболеваний приводит к гибели дофаминергических нейронов [23].
Также в данных исследованиях подчеркивается важность семейства белков прокинетина 2 (PK2) в митохондриальном биогенезе и защите митохондрий от нейродегенеративных процессов [23, 25]. Увеличенные уровни PK2 в посмертном мозге при болезни Паркинсона являются следствием прижизненного защитного эффекта в ответ на нейродегенерацию, а повышение уровня PGC-1a и BCL2, достигнутое через экспрессию PK2, способствует сохранению митохондриальной биоактивности в ответ на нейротоксиче-ский стресс. Кроме того, продемонстрированная в эксперименте на глиальных клетка, AAV-опосредованная доставка PK2 может снижать биогенные процессы реактивных астроцитов и увеличивать экспрессию генов астроцитов A2 с альтернативным нейропротекторным фенотипом, что противостоит нейровоспалению, вызванному реактивными астроцитами A1. Это открывает новые перспективы в изучении связи между дисфункцией митохондрий и аутоиммунным нейровос-палением, а также позволяет более точно определить роль PK2 в этих процессах. Также важно отметить, что эти исследования демонстрируют эффективность CRISPR-Cas9 в исследовании сложных механизмов, связанных с биологией клеток и заболеваниями [24, 25].
Стоит обратить внимание на белок синуклеин альфа (Synuclein Alpha, SNCA), который играет важную роль в возникновении спорадической болезни Паркинсона. Существуют данные о том, что благодаря изменению гена, связанного с этим белком, возможно предотвратить развитие болезни. Однако использование метода CRISPR-Cas9 в комбинации с человеческими индуцированными плюрипотент-ными стволовыми клетками (hiPSC) может привести к восстановлению мутации A53T в hiPSC, не навредив при этом процессу дифференциации дофаминергических нейронов, отвечающих за продуцирование гормона дофамина [23].
Еще одним важным белком является насыщенная лейцином повторная киназа 2 (LRRK2), связанная с возникновением болезни Паркинсона. Мутации G2019S и R1441C в этом гене могут привести к нарушениям митохондриального биосинтеза. Был проведен эксперимент с использованием метода CRISPR-Cas9 для замещения всей области повторения в hiPSC репрезентативными аллелями Rep1—257, Rep1—259, Rep1—261 и Rep1—263 с целью инактивации мутаций G2019S и R1441C в гене LRRK2. Эти аллели также способствовали повышению экспрессии белка SNCA, что дает надежду на успех в дальнейших исследованиях в данной области [23—25].
Нейродегенеративное заболевание болезнь Альц-геймера (БА) проявляется постепенным началом расстройств памяти и высших мозговых функций в пре-сенильном или старческом возрасте, приводя к де-менции, и характеризуется нейропатологическими, нейровизуализационными и биохимическими признаками. Патогенез БА связан с накоплением белка
р-амплоида (Ap), аномальных нейрофибриллярных клубков и повреждением митохондрий нейронов, что приводит к их гибели [20, 26]. БА — наиболее известное нейродегенеративное заболевание, для которого не существует удовлетворительной терапии безопасной и эффективной для пациентов. Существующие лекарства, одобренные FDA, обеспечивают только временное облегчение некоторых симптомов [27].
В генной терапии БА можно обратить внимание на три гена — APP, MAPT и APOE, которые связаны с прогрессированием заболевания. Однако необходимы дополнительные исследования для оценки эффективности и безопасности генной терапии для БА. Генная терапия при БА с использованием технологии CRISPR-Cas9 направлена на регуляцию экспрессии белка Ар и может быть достигнута несколькими способами. Исследователи показали, что инсерцион-но-делеционные вирусные мутации (InDel) аллелей APP с помощью технологии CRISPR-Cas9 могут снизить экспрессию белка Ар. Другой целью генной терапии является регуляция у-секретазы протеазы, большого внутримембранного белкового комплекса, который регулируется у-секретазным активирующим белком (GSAP). Снижение экспрессии GSAP значительно снижает уровень Ap. Функции у-секретазы регулируются экспрессией ключевых компонентов комплекса — GSAP и PSEN2. Изменения в метаболизме амилоидов вызывают увеличение соотношения AP42/40 и уровней AP42 и/или снижение синтеза Ap40 [28—30].
Онкология
Недавние исследования, направленные на изучение природы опухолевого роста, демонстрируют корреляцию между развитием онкологического процесса и мутациями генов регуляторов сигнальных путей. Традиционные методы медикаментозной терапии, применяемые в наши дни, обладают лишь компенсаторной способностью, в то время как методы генной инженерии имеют потенциал для коррекции генетических мутаций, которые приводят к онкоге-незу. Еще одним противоопухолевым аспектом в медицине является противодействие иммунным механизмам опухолевого процесса. Появление терапии блокад иммунных контрольных точек (ICB), таких как блокатор запрограммированной клеточной смерти 1 (PD-1), его лиганда 1 (PD-L1) или цитотоксиче-ского антигена-4 Т-лимфоцитов (CTLA-4), привело к революции в методах лечения многих типов опухолей. На сегодняшний день препараты, такие как ипи-лимумаб (анти-CTLA-4), пембролизумаб, ниволумаб (анти-PD-!) и атезолизумаб (анти-PD-L!), были одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) для клинического использования [31].
Несмотря на значительные успехи, достигнутые в иммунотерапии рака, в этой области все еще суще-
ствует множество проблем, таких как низкий уровень ответа на лечение и приобретение опухолью резистентности к препарату, что определяет необходимость приложения дополнительных усилий в вопросе выяснения механизмов, лежащих в основе чувствительности или устойчивости к противоопухолевому иммунному ответу, и разработки более эффективных иммунотерапевтических стратегий. Недавно технология CRISPR-Cas9 была успешно применена для исключения потенциальных факторов, регулирующих противоиммунные механизмы опухоли, тем самым обеспечивая новую парадигму обнаружения мишеней.
В докладе об исследованиях, проведенных в прошлом году, ученые сообщили о том, как они нацелились на уничтожение вируса Эпштейн-Барра (EBV) в клетках пациента, которые были получены из лим-фомы Беркитта с инфекцией EBV. Опухолевые клетки показали снижение пролиферации в результате воздействия CRISPR, нацеленных на EBV. Кроме того, CRISPR могут целенаправленно уничтожать онкогены E6 или E7 вируса папилломы человека, которые интегрированы в геном клеток карциномы шейки матки. Эти онкогены вызывают деградацию гена супрессора опухоли P53 и дестабилизацию белка ре-тинобластомы, что приводит к развитию различных типов рака. Нокаут E6 и E7 CRISPR был связан с повышением уровня белка P53 и Rb, а также увеличением гибели раковых клеток [20, 31, 32].
Заключение
Генные манипуляции, которые когда-то казались фантастикой, теперь стали реальностью. Труднодоступные нейродегенеративные заболевания могут быть излечены генной терапией благодаря достижениям в области векторных систем. Генные манипуляции, совмещенные с современными технологиями доставки генов в клетки центральной нервной системы, обещают изменить подходы к клиническому лечению как наследственных, так и спорадических нейродегенеративных заболеваний, а также предоставляют новые возможности для лечения ряда редких и генетических заболеваний. Однако остаются нерешенные проблемы, включая разработку более эффективных векторных систем, тщательную оценку безопасности современных инструментов генных манипуляций, а также прозрачность и сотрудничество между членами научно-исследовательского сообщества. Совершенствование методов использования «генетических ножниц» и поиск эффективных переносчиков для доставки генов приближают нас к новой эре в медицине.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
The authors declare no conflicts of interest.
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
1. Bhaya D, Davison M, Barrangou R. CRISPR-Cas systems in bacteria and archaea: versatile small RNAs for adaptive defense and regulation. Annual Review of Genetics. 2011;45:273-297. https://doi.org/10.1146/annurev-genet-110410-132430
2. Charpentier E, Marraffini LA. Harnessing CRISPR-Cas9 immunity for genetic engineering. Current Opinion in Microbiology. 2014;19:114-119. https://doi.org/10.1016/j.mib.2014.07.001
3. Heidenreich M, Zhang F. Applications of CRISPR-Cas systems in neuroscience. Nature Reviews Neuroscience. 2016;17(1):36-44. https://doi.org/10.1038/nrn.2015.2
4. Ishino Y, Krupovic M, Forterre P. History of CRISPR-Cas from Encounter with a Mysterious Repeated Sequence to Genome Editing Technology. Journal of Bacteriology. 2018;200(7):e00580-17. https://doi.org/10.1128/JB.00580-17
5. Maxwell KL. Phages Fight Back: Inactivation of the CRISPR-Cas Bacterial Immune System by Anti-CRISPR Proteins. PLOS Pathogens.
2016;12(1):e1005282.
https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1005282
6. Amitai G, Sorek R. CRISPR-Cas adaptation: insights into the mechanism of action. Nature Reviews Microbiology. 2016;14(2):67-76. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2015.14
7. Burstein D, Harrington LB, Strutt SC, Probst AJ, Anantharaman K, Thomas BC, et al. New CRISPR-Cas systems from uncultivated microbes. Nature. 2017;542(7640):237-241. https://doi.org/10.1038/nature21059
8. Burstein D, Sun CL, Brown CT, Sharon I, Anantharaman K, Probst AJ, et al. Major bacterial lineages are essentially devoid of CRISPR-Cas viral defence systems. Nature Communications. 2016;7:10613. https://doi.org/10.1038/ncomms10613
9. Huang CH, Lee KC, Doudna JA. Applications of CRISPR-Cas Enzymes in Cancer Therapeutics and Detection. Trends in Cancer. 2018;4(7):499-512. https://doi.org/10.1016/j.trecan.2018.05.006
10. Komor AC, Badran AH, Liu DR. CRISPR-Based Technologies for the Manipulation of Eukaryotic Genomes. Cell. 2017;168(1-2):20-36. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.10.044
11. Koonin EV, Makarova KS, Zhang F. Diversity, classification and evolution of CRISPR-Cas systems. Current Opinion in Microbiology. 2017;37:67-78. https://doi.org/10.1016/j.mib.2017.05.008
12. Knott GJ, Doudna JA. CRISPR-Cas guides the future of genetic engineering. Science. 2018;361(6405):866-869. https://doi.org/10.1126/science.aat5011
13. Ma H, Marti-Gutierrez N, Park SW, Wu J, Lee Y, Suzuki K, et al. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos. Nature. 2017;548(7668):413-419. https://doi.org/10.1038/nature23305
14. Marraffini LA. CRISPR-Cas immunity in prokaryotes. Nature. 2015;526(7571):55-61. https://doi.org/10.1038/nature15386
15. Mohanraju P, Makarova KS, Zetsche B, Zhang F, Koonin EV, van der Oost J. Diverse evolutionary roots and mechanistic variations of the CRISPR-Cas systems. Science. 2016;353(6299):aad5147. https://doi.org/10.1126/science.aad5147
16. Moreno AM, Mali P. Therapeutic genome engineering via CRISPR-Cas systems. Wiley Interdisciplinary Reviews: Systems Biology and Medicine. 2017;9(4). https://doi.org/10.1002/wsbm.1380
17. Pawluk A, Davidson AR, Maxwell KL. Anti-CRISPR: discovery, mechanism and function. Nature Reviews Microbiology. 2018;16(1):12-17. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2017.120
18. Rath D, Amlinger L, Rath A, Lundgren M. The CRISPR-Cas immune system: biology, mechanisms and applications. Biochimie. 2015;117:119-128. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2015.03.025
19. Sander JD, Joung JK. CRISPR-Cas systems for editing, regulating and targeting genomes. Nature Biotechnology. 2014;32(4):347-355. https://doi.org/10.1038/nbt.2842
20. Sharma G, Sharma AR, Bhattacharya M, Lee SS, Chakraborty C. CRIS-PR-Cas9: A Preclinical and Clinical Perspective for the Treatment of Human Diseases. Molecular Therapy. 2021;29(2):571-586. https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2020.09.028
21. Mollanoori H, Rahmati Y, Hassani B, Havasi Mehr M, Teimourian S. Promising therapeutic approaches using CRISPR/Cas9 genome editing technology in the treatment of Duchenne muscular dystrophy. Genes & Diseases. 2020;8(2):146-156.
https://doi.org/10.1016/j.gendis.2019.12.007
22. Pickar-Oliver A, Gough V, Bohning JD, Liu S, Robinson-Hamm JN, Daniels H, et al. Full-length dystrophin restoration via targeted exon integration by AAV-CRISPR in a humanized mouse model of Duchenne muscular dystrophy. Molecular Therapy. 2021;29(11):3243-3257. https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2021.09.003
23. Rahman MU, Bilal M, Shah JA, Kaushik A, Teissedre PL, Kujawska M. CRISPR-Cas9-Based Technology and Its Relevance to Gene Editing in Parkinson's Disease. Pharmaceutics. 2022;14(6):1252. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14061252
24. Luo J, Padhi P, Jin H, Anantharam V, Zenitsky G, Wang Q, et al. Utilization of the CRISPR-Cas9 Gene Editing System to Dissect Neuroinflammatory and Neuropharmacological Mechanisms in Parkinson's Disease. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 2019;14(4):595-607. https://doi.org/10.1007/s11481-019-09844-3
25. Vermilyea SC, Babinski A, Tran N, To S, Guthrie S, Kluss JH, et al. In Vitro CRISPR/Cas9-Directed Gene Editing to Model LRRK2 G2019S Parkinson's Disease in Common Marmosets. Scientific Reports. 2020;10(1):3447. https://doi.org/10.1038/s41598-020-60273-2
26. Lu L, Yu X, Cai Y, Sun M, Yang H. Application of CRISPR/Cas9 in Alzheimer's Disease. Frontiers in Neuroscience. 2021;15:803894. https://doi.org/10.3389/fnins.2021.803894
27. Huang LK, Chao SP, Hu CJ. Clinical trials of new drugs for Alzheimer disease. Journal of Biomedical Science. 2020;27(1):18. https://doi.org/10.1186/s12929-019-0609-7
28. Hanafy AS, Schoch S, Lamprecht A. CRISPR/Cas9 Delivery Potentials in Alzheimer's Disease Management: A Mini Review. Pharmaceutics. 2020;12(9):801.
https://doi.org/10.3390/pharmaceutics12090801
29. Bhardwaj S, Kesari KK, Rachamalla M, Mani S, Ashraf GM, Jha SK, et al. CRISPR/Cas9 gene editing: New hope for Alzheimer's disease therapeutics. Journal of Advanced Research. 2022;40:207-221. https://doi.org/10.1016/j.jare.2021.07.001
30. Jeong W, Lee H, Cho S, Seo J. ApoE4-Induced Cholesterol Dysregulation and Its Brain Cell Type-Specific Implications in the Pathogenesis ofAlzhei-mer's Disease. Molecules and Cells. 2019;42(11):739-746. https://doi.org/10.14348/molcells.2019.0200
31. Sarkar E, Khan A. Erratic journey of CRISPR/Cas9 in oncology from bench-work to successful-clinical therapy. Cancer Treatment and Research Communications. 2021;27:100289. https://doi.org/10.1016/j.ctarc.2020.100289
32. Zhan T, Rindtorff N, Betge J, Ebert MP, Boutros M. CRISPR/Cas9 for cancer research and therapy. Seminars in Cancer Biology. 2019;55:106-119. https://doi.org/10.1016/j.semcancer.2018.04.001
Поступила в редакцию 19.12.2022 Поступила после доработки 22.03.2023 Принята к публикации 24.06.2023
