Система доставки генов: невирусная, модульная, специфичная

Система доставки генов: невирусная, модульная, специфичная

Многие болезни можно было бы лечить с помощью генной терапии, но для этого гены необходимо доставлять в нужные клетки и никуда больше. Сейчас для этой цели используют вирусы, но вирусные системы доставки дорого стоят, с ними трудно работать и они могут вызвать нежелательные побочные реакции. Будущее, очевидно, за невирусными системами. В общем виде они представляют собой синтетические поликатионы, способные образовывать комплексы с нуклеиновыми кислотами, защищать их от деградации и обеспечивать доставку в определенные типы клеток. Специалисты НИИ акушерства и гинекологии им. Д.О.Отта СЗО РАМН и Санкт-Петербургского государственного университета разработали пептидные носители, способные избирательно доставлять нуклеиновые кислоты в некоторые виды стволовых клеток и клеток опухоли. Их статья вышла в журнале The Journal of Gene Medicine (Egorova A., Bogacheva M., Shubina A., Baranov V., Kiselev A. «Development of receptor-targeted gene delivery system using CXCR4 ligand-conjugated cross-linking peptides», The Journal of Gene Medicine. 2014. DOI: 10.1002/jgm.2811).

Многие виды раковых клеток имеют на поверхности рецептор CXCR4. Исследователи сконструировали носитель, который избирательно связывается с этим рецептором. В качестве лиганда, то есть участка, который специфически взаимодействует с рецептором, исследователи использовали концевой фрагмент белка SDF-1α, который связывается с CXCR4 в естественных условиях. Лиганд, представляющий собой последовательность из 17 аминокислот, «пришит» к короткому синтетическому пептиду, связывающему ДНК. Две молекулы цистеина в составе носителя усиливают его способность связываться с ДНК и защищать ее от повреждений. Для первых экспериментов учёные использовали гены бета-галактозидазы и зеленого флуоресцентного белка, работу которых в клетках легко обнаружить.

• 
• Носитель_ДНК

Носитель ДНК со специфическим лигандом обеспечивает адресную доставку генов в определенные типы клеток

Пептидная конструкция получилась очень небольшой, однако носитель ДНК должен обладать определенной молекулярной массой, только в этом случае он надежно связывается с нуклеиновыми кислотами и надежно их защищает. При инкубации с нуклеиновой кислотой пептидные носители «сшиваются» в полимер и одновременно соединяются с ДНК, образуя нуклеопептидный комплекс размером 130−200 нм. Эти комплексы относительно стабильны во внеклеточной среде, но в клетке расщепляются. Лиганд, пришитый к носителю, избирательно взаимодействует с рецептором CXCR4 на клеточной мембране, мембрана образует в этом месте пузырек, который обволакивает нуклеопептидный комплекс и погружается в клетку. (Такой способ проникновения называется эндоцитозом).

Учёные испытали носители на линиях клеток опухолей с разным количеством рецепторов CXCR4 и линии мезенхимальных стволовых клеток.

Лиганд увеличивает эффективность доставки генов в клетки опухолей в 10−50 раз, а в мезенхимальные стволовые клетки — в 4−15 раз, причем эффект зависит от количества рецепторов на клеточной мембране. В клетки, лишенные рецептора, ген не попадает.

«Разработанная нами система доставки модульная: заменив в ней лигандную часть и/или добавив сигнал ядерной локализации мы можем изменить специфичность и повысить эффективность доставки ДНК в клетки. Сейчас мы адаптировали наши носители для доставки малых интерферирующих РНК (последовательностей, которые регулируют работу определенных генов) и планируем использовать их для подавления образования новых сосудов при лечении опухолевых заболеваний» — рассказал старший научный сотрудник лаборатории пренатальной диагностики наследственных болезней НИИАГ им. Д.О.Отта, кандидат биологических наук Антон Киселев.

Работу учёных поддержали Российский научный фонд и РФФИ. Анна Егорова поддержана Стипендией Президента РФ для поддержки молодых российских ученых.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.