Ученые научились изменять генам память: так можно лечить алкоголизм
Ученые используют редактор генов Crispr для вырезания проблемной ДНК для лечения болезней. Но бывают случаи, когда лучше оставить ген нетронутым и вместо этого отрегулировать его, например, изменив память гена, который отвечает за расстройство алкогольного поведения, сообщает Wired.
Фото: Shutterstock
К настоящему времени вы уже слышали о редакторе генов Crispr — молекулярных ножницах, которые позволяют ученым вносить целенаправленные изменения в ДНК организма. Crispr показал себя многообещающим средством для лечения серповидно-клеточной анемии, родственного заболевания крови, называемого бета-талассемией, редкой формы слепоты и разрушительного заболевания, известного как транстиретиновый амилоидоз, при котором в организме накапливается деформированный белок.
Эпигенетическое редактирование
Эпигенетика — это изучение химических изменений, происходящих с ДНК на протяжении всей жизни, которые, в свою очередь, влияют на экспрессию генов. Эти изменения могут происходить в результате поведения человека (например, из-за диеты или курения) или воздействия окружающей среды (например, токсинов или ультрафиолетовых лучей). Эпигенетика — это своего рода молекулярная память, которая отражает опыт, с которым мы сталкивались на протяжении многих лет.
Именно по этой причине среди однояйцевых близнецов с одинаковым кодом ДНК у одного может развиться рак, а другой остается здоровым.
В то время как редактирование генов основано на изменении самого кода ДНК, эпигенетическое редактирование включает в себя увеличение или уменьшение экспрессии отдельных генов. Гены содержат инструкции по производству жизненно важных белков, а их экспрессия — это процесс, посредством которого ген «включается» для их производства. Если вы думаете о своих генах как о регуляторах громкости на деке, эпигенетическое редактирование определяет, насколько «громкими» или «тихими» будут их настройки.
Эксперименты с этими регуляторами громкости — новая область, но исследование, опубликованное в мае в журнале Science Advances, предлагает интригующий взгляд на одно из возможных применений новой технологии: противодействие тому, как раннее употребление алкоголя изменяет работу генов. В предыдущих исследованиях ученые обнаружили, что чрезмерное употребление алкоголя в подростковом возрасте изменяет химический состав мозга в миндалевидном теле — небольшой миндалевидной части мозга, которая контролирует реакции страха и удовольствия. Как у грызунов, так и у людей они обнаружили, что воздействие алкоголя в раннем возрасте, по-видимому, снижает экспрессию гена, называемого Arc. Этот ген является основным регулятором пластичности или способности мозга адаптироваться на основе опыта. Когда экспрессия Arc снижена, происходит изменение связано с предрасположенностью к тревожности и расстройству, связанному с употреблением алкоголя во взрослом возрасте.
Для нового исследования команда под руководством Субхаша Панди, профессора психиатрии и директора Центра исследований алкоголя в области эпигенетики в Иллинойском университете в Чикаго, хотела посмотреть, смогут ли они обратить это изменение — у крыс — путем эпигенетического редактирования Arc в их миндалины.
Они создали модифицированную форму Crispr, которая вместо редактирования или удаления гена увеличивает его экспрессию. Затем они вводили его в мозг взрослых крыс, которые подвергались воздействию алкоголя в подростковом возрасте, что эквивалентно возрасту от 10 до 18 лет для человека. Это раннее воздействие означало, что у взрослых животных экспрессия Arc уже была подавлена. «Мы нацелились на центральное ядро миндалевидного тела, потому что это критический узел для обработки информации, поступающей в мозг, а также центр беспокойства, страха и алкогольного поведения», — говорит Пандей.
Инъекция Crispr вернула экспрессию Arc к исходному уровню, что Пандей называет «сбросом настроек» для мозга. После этого эти грызуны потребляли меньше алкоголя и были менее беспокойными — что-то, что исследователи измерили с помощью поведенческого тестирования, в том числе того, как крысы вели себя в так называемом «приподнятом крестообразном лабиринте». Крестообразный лабиринт состоит из двух ответвлений, выходящих на открытый воздух, и двух закрытых ответвлений. Чем сильнее стресс у грызунов, тем меньше времени они любят проводить в открытых частях лабиринта.
Вам может быть интересно: главные новости Нью-Йорка, истории наших иммигрантов и полезные советы о жизни в Большом Яблоке – читайте все это на ForumDaily New York.
«Мы не видели никаких признаков того, что их пьянство возвращается к исходному уровню, поэтому мы думаем, что, возможно, это эпигенетическое редактирование даст долгосрочный эффект, — говорит Пандей. — Я думаю, что нужно проделать гораздо больше работы с точки зрения того, как это можно перевести на людей для терапии, но я возлагаю большие надежды».
Чтобы проверить, действительно ли ген Arc был ответственен за этот результат, исследователи также разработали инъекцию Crispr, предназначенную для снижения его экспрессии. Они проверили его на крысах, которые не подвергались воздействию алкоголя в подростковом возрасте. После инъекции крысы испытывали больше беспокойства и потребляли больше алкоголя, чем раньше.
Исследование повышает вероятность того, что наша молекулярная память может быть пересмотрена или даже стерта.
«Я глубоко поражен этой работой, демонстрирующей возможность изменения памяти гена о своем опыте», — говорит Федор Урнов, профессор генетики Калифорнийского университета в Беркли и научный руководитель Института инновационной геномики Калифорнийского университета в Беркли и Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Но, как говорит он, крысы — не люди, и нам не следует делать поспешных выводов. «Между лечением крысы и человека с алкогольной зависимостью с помощью эпигенетического редактора огромное расстояние, — говорит Урнов. — Я думаю, что мы очень далеки от того, чтобы кто-то, у кого развилась легкая проблема с алкоголем, получил право на быструю инъекцию в свою миндалевидное тело».
Тем не менее, Урнов, который также является соучредителем Tune Therapeutics, компании, занимающейся эпигенетическим редактированием, мог видеть, как экспериментальная терапия, подобная этой, тестируется среди людей с алкогольной зависимостью, которые несколько раз срывались после лечения и у которых не осталось других терапевтических вариантов.
Тем не менее, как и в случае прямого редактирования генов, изменение их экспрессии может иметь непредвиденные последствия. Поскольку Arc является геном-регулятором, участвующим в пластичности мозга, изменение его экспрессии может иметь последствия, выходящие за рамки алкогольной зависимости. «Мы не знаем, какие другие виды поведения были изменены этим вмешательством, — говорит Бетси Фергюсон, профессор генетики в Орегонском университете здоровья и науки, изучающая эпигенетические механизмы зависимости и других психических расстройств. — Это баланс между поиском чего-то эффективного и чего-то, что не мешает повседневной жизни».
Другим осложняющим фактором является то, что экспрессия десятков, а то и сотен генов со временем изменяется под воздействием алкоголя. У людей это может быть не так просто. Хотя может показаться, что решение будет состоять в том, чтобы настроить все эти гены, но манипулирование экспрессией многих генов сразу может вызвать проблемы. «Зная, что поведение, в том числе поведение, связанное с употреблением алкоголя, регулируется рядом генов, решить эту проблему действительно сложно», — говорит Фергюсон.
И неясно, как долго может длиться эффект от такого редактирования. Эпигенетические изменения, которые происходят естественным образом, могут быть временными или постоянными, как говорит Фергюсон. Некоторые даже могут быть переданы будущим поколениям. В целом, она находит идею использования эпигенетического редактирования для лечения алкогольной зависимости увлекательной, но она хотела бы, чтобы результаты были воспроизведены, а лечение Crispr опробовано на более крупных животных, которые более точно имитируют людей.
Этот день, возможно, не за горами, так как несколько компаний недавно приступили к коммерциализации эпигенетического редактирования. В Navega Therapeutics, расположенной в Сан-Диего, исследователи изучают, как лечить хроническую боль, подавляя экспрессию гена под названием SCN9A. Когда он сильно выражен, он посылает много болевых сигналов. Но было бы плохой идеей просто удалить этот ген, потому что некоторое количество боли полезно; оно сигнализирует, когда что-то идет не так в организме. В редких случаях люди с мутацией SCN9A, которая эффективно делает ее неактивной, невосприимчивы к боли, что делает их уязвимыми к травмам, которые они не могут ощущать. В экспериментах в Navega эпигенетическое редактирование у мышей, по-видимому, подавляло боль на несколько месяцы.
Тем временем компания Урнова Tune Therapeutics планирует использовать эпигенетическое редактирование для широкого спектра состояний, включая рак и генетические заболевания. Хотя Урнов не считает эпигенетическое редактирование противоядием от пьянства, он считает, что это исследование, подтверждающее концепцию, показывает, что можно перепрограммировать наши гены, чтобы обратить вспять некоторые повреждения раннего злоупотребления алкоголем.
«Откровенно говоря, очень важно учитывать тот факт, что теперь у нас есть возможность редактирования генома, чтобы бороться с пагубным действием алкоголя прямо в том месте, где он записывается как воспоминание в мозг», — говорит он.
Читайте также на ForumDaily:
Королевские блюда: что любит есть Елизавета II и как это приготовить
Мировой антирекорд владения оружием: у американцев больше пистолетов, чем автомобилей
Подписывайтесь на ForumDaily в Google NewsХотите больше важных и интересных новостей о жизни в США и иммиграции в Америку? — Поддержите нас донатом! А еще подписывайтесь на нашу страницу в Facebook. Выбирайте опцию «Приоритет в показе» — и читайте нас первыми. Кроме того, не забудьте оформить подписку на наш канал в Telegram и в Instagram— там много интересного. И присоединяйтесь к тысячам читателей ForumDaily New York — там вас ждет масса интересной и позитивной информации о жизни в мегаполисе.
Выбор редакции
