Сломать, чтобы починить. Путь к созданию лекарств лежит через моделирование заболеваний - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Сломать, чтобы починить. Путь к созданию лекарств лежит через моделирование заболеваний

Есть такая не очень веселая шутка: лучше быть молодым и здоровым, чем старым и больным. Почему мы болеем, почему стареем? Каковы механизмы развития различных патологий в живом организме? И как изменить работу этих механизмов, чтобы помочь организму справиться с болезнями? В поисках ответа на эти вопросы ученые погружаются все глубже в микромир и, более того, начинают играть роль самой природы, воздействуя на геном.

Проект «Генетические технологии создания моделей заболеваний, обусловленных нарушениями функционирования РНК» идет второй год. Лаборатория генетических технологий для изучения функционирования РНК в норме и патологии, работа которой поддержана большим грантом РНФ, находится в МГУ. И это большой плюс, считает руководитель проекта академик Ольга Донцова.

«Университет – одна большая лаборатория, – говорит она. – Тут много молодежи, она на разных этапах участвует в проекте, от студентов младших курсов до аспирантов, молодых сотрудников, делающих свою карьеру в науке. Грант дает им возможность заниматься серьезными исследованиями. Очень хороший коллектив, очень талантливые молодые профессора».

Для того чтобы создать мо­дель заболевания, необходимо понять механизм его развития – иными словами, выяснить, ка­кие изменения на генетическом уровне обуславливают воз­никновение болезни. Исследования идут как на культурах клеток, так и на лабораторных животных. Используются самые современные методы редактирования генома. Среди них – инактивация и редактирование генов с помощью системы CRISPR/Cas9, внедрение генов с помощью транспозонов и лентивирусов. Заодно ученые проводят сравнительное исследование нескольких методов редактирования генома и оптимизируют их.

“Проект комплексный, – рассказывает Ольга Анатольевна. – Задачи, которые он решает, связаны как с моделированием заболеваний уже известной этиологии, так и с выявлением новых генетических детерминант и механизмов, лежащих в основе изменения гомеостаза клетки, которое вызывает патологию. Основным направлением исследований можно назвать изучение сплайсинга”.

Сплайсинг (от английского to splice – «сшивать», «соединять») – это процесс «дозревания» молекул РНК в ядре клетки, в ходе которого нуклеотидные последовательности, не кодирующие белок (интроны), «вырезаются», а оставшиеся (экзоны), определяющие последовательность аминокислот в молекуле белка, соединяются. Таким образом незрелая молекула – предшественник матричной РНК (пре-мРНК) – превращается в зрелую мРНК, с которой считываются белки клетки.

Сплайсинг – очень непростой процесс. Он может проходить в разных вариантах. Например, тот или иной экзон по каким-то причинам порой пропускается, и тогда из одной исходной матричной РНК получаются молекулы РНК, которые транслируются в совершенно разные белки. Пока до конца неясно, чем управляется этот процесс, от чего зависит. А между тем он очень важен. Ведь изменение формы РНК меняет и функцию белка – иногда не очень сильно, но иногда – кардинально.

«Когда мы нарушаем процесс сплайсинга, появляются другие формы белка, и это может привести к возникновению разнообразных патологий, в том числе онкологии. Кстати, можно сказать, что старение – тоже следствие нарушения сплайсинга», – объясняет ученый.

Исследователи стремятся понять принципы, которыми регулируется процесс сплайсинга, и найти способы воздействия на него. Природных факторов, влияющих на этот процесс, немало. Наверное, читателю знакомо слово «эпигеномика» – направление генетики, изучающее модификации ДНК, которые могут определенным образом передаваться по наследству и воздействовать на структуру генома. Модификации РНК также стали предметом изучения отдельного направления – эпитранскриптомики. У этих модификаций разные функции, разная значимость, они бывают регуляторные и структурные… Но что интересно, полное их отсутствие тоже приводит к патологиям! Вся эта сложная система настроена на тонкую регуляцию различных процессов в клетке. В том числе и процессов сплайсинга. Молекулярная машина, которая осуществляет сплайсинг, называется сплайсосома. Изучение того, как она функционирует, – тоже одно из поднаправлений проекта.

Результаты, которые ученые получают на клетках, необходимо проверить на организмах. В рамках гранта развивается новое направление, связанное с редактированием генома мыши. Под эти задачи в университете создано целое подразделение. Уже бегают по клеткам лабораторного вивария разнообразные «нокаутные» мыши – в них нокаутированы, то есть выключены, не работают, гены определенных белков, и исследователи изучают эффекты от того или иного «выключения» – смотрят, что не так с этой мышью, какие патологии функционирования и поведения у нее возникают.

– Пока еще рано говорить о результатах, исследования не закончены, но эффекты получены очень интересные, неожиданные, – говорит Ольга Донцова. – То, что мы видим на клетках, транслировать на организм очень сложно, поэтому такие исследования необходимы. Для понимания причин развития патологии требуются фундаментальные исследования. Поиск способов воздействия на нее – прикладная составляющая нашей работы.

Один из методов, которым пользуются ученые, – биоинформатический анализ генетических структур. Что значит изучить последствия намеренного повреждения того или иного гена? Во-первых, надо доказать, что поврежден только этот и именно этот ген, никакие другие. То есть просеквенировать значимую часть генома вокруг него. А дальше изучать, что при этом происходит с РНК, какие интроны и экзоны появились… Чтобы со всем этим разобраться, требуются, во-первых, современные методы секвенирования, а во-вторых – специалисты-биоинформатики, которые умеют анализировать огромные массивы данных. Профессор Дмитрий Первушин из Сколтеха занимается исследованием возникновения разнообразных структур в РНК. Оказалось, что сплайсинг в определенных вариантах, для определенных матриц зависит от структуры РНК. В молекуле могут складываться альтернативные вторичные структуры, это приводит к включению разных экзонов.

Анализ геномов и последовательностей пре-мРНК, предсказание структур – это работа с очень большим объемом информации.

– Вся современная наука требует комплексного подхода, невозможно заниматься чем-то одним и не думать ни о чем другом, – напоминает академик Ольга Донцова. – Но человек не может в равной степени хорошо владеть всеми знаниями, накопленными мировым научным сообществом. Единственный способ делать исследование хорошего уровня – создавать коллаборации, объединять умения ученых из разных лабораторий. Соисполнители нашего гранта – научные коллективы из Сколково и МГУ.

В рамках этого проекта ученые сотрудничают также с ЗАО «БИОКАД», индустриальным партнером. По условиям гранта софинансирование со стороны промышленности привлекать не надо («И это очень хорошо, – отмечает руководитель проекта. – Сильные фирмы в области биотехнологий только начинают появляться в стране»). Но «БИОКАД» в проект вкладывается. Фирму интересует как раз возможность создания генно-инженерных мышей, на которых можно моделировать какие-то патологии и изучать возможные подходы к лечению. Как записано в аннотации к заявке, в работе, проводящейся совместно с фирмой «БИОКАД», с помощью инактивации гена фактора свертываемости крови IX будет создана модель гемофилии. Эту модель индустриальный партнер намерен использовать для разработки метода генной терапии этого заболевания.

Еще одно направление проекта связано с изучением эффективности синтеза белка в митохондриях, в этих энергетических станциях клетки. Повреждения в митохондриях приводят к различным заболеваниям: развиваются оптическая дистрофия, прогрессирующая энцефалопатия, периферическая нейропатия… Наконец, старение тоже можно рассматривать как болезнь, связанную с повреждением митохондрий: чем старше организм, тем более вероятны проблемы с «энергетическими станциями» клетки и тем меньше энергии на функционирование организма в целом или отдельных его органов. Создание моделей таких болезней у лабораторных животных позволит провести исследования механизмов развития патологий, связанных с повреждением митохондрий, и заложить основу для разработки генно-терапевтических препаратов.

Одна из угроз современного мира вызвана возникновением и закреплением антибиотикорезистентности бактерий. Иными словами, с тем, что бактерии все чаще перестают реагировать на антибиотики. Борьба с появившимися устойчивыми болезнетворными штаммами стала актуальнейшей задачей. В рамках проекта изучаются генетические механизмы развития устойчивости бактерий к антибиотикам.

Традиционный вопрос: что удалось благодаря этому гранту, что без него не получилось бы?
– Без него бы вообще ничего не получилось, – отвечает руководитель проекта. – Грант позволил нам развивать новые научные направления. Речь не только о зарплате. Это еще и возможность купить нужные приборы, реактивы. Кстати, содержание мышей обходится очень дорого: нужны специальные клетки, стерильные условия, приборы.

Наталия Булгакова

Фото Николая Степаненкова

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2