Редактирование оснований: обзор и детальный разбор статьи 2016 года, представившей технологию миру

Редактирование оснований (Base Editing, BE) — это форма редактирования генов с помощью CRISPR/Cas, использующая нуклеотиддезаминазы для изменения отдельных нуклеотидных оснований (букв) в последовательностях ДНК (внесение точечных изменений). Направляющая РНК направляет модифицированный белок Cas к определенному участку ДНК, который затем модифицируется белком, прикрепленным к белку Cas. Белок никаз Cas (nCas) разрезает одну нить, чтобы дифференцировать ее, а белок дезаминазы, прикрепленный к nCas, удаляет аминогруппу (NH3-группу) из целевого нуклеотида, что приводит к его повторной интерпретации. Клетка «исправляет» поврежденную ДНК посредством репарации несовпадений, а другая нить исправляется в процессе репликации. Вот краткий обзор статьи 2016 года, которая представила миру редактирование оснований. В этой статье было представлено редактирование оснований с помощью цитозинового редактора оснований. Комор, А. К.; Ким, Ю. Б.; Пакер, М. С.; Зурис, Дж. А.; Лю, Д. Р. Программируемое редактирование целевого основания в геномной ДНК без расщепления двухцепочечной ДНК. Nature 2016, 533 (7603), 420–424. https://doi.org/10.1038/nature17946. В этой статье представлено редактирование аденинового основания. Гауделли, Н. М.; Комор, А. К.; Рис, Х. А.; Пакер, М. С.; Бадран, А. Х.; Брайсон, Д. И.; Лю, Д. Р. Программируемое редактирование основания A•T в G•C в геномной ДНК без расщепления ДНК. Nature 2017, 551 (7681), 464–471. https://doi.org/10.1038/nature24644. Это хорошее вводное руководство по редактированию оснований ДНК. Mawson, S. J.; Dunne-Dombrink, K. A.; Pollak, B. R.; Komor, A. C. Precision Genome Editing with DNA Base Editors. Nat Rev Methods Primers 2026, 6 (1), 23. https://doi.org/10.1038/s43586-026-00478-3. Немного контекста (из моих предыдущих постов): Двухцепочечные разрезы в ДНК могут вызвать у клетки сбой. Это также может привести к нежелательным изменениям, таким как перестановка фрагментов хромосом и множество других последствий, которые потенциально могут привести к раку, если фрагменты окажутся не на своем месте. Поэтому технология постепенно отходит от более традиционного метода CRISPR/Cas. Так что в лаборатории это часто отлично работает. Но если мы хотим использовать его, скажем, в терапевтических целях, нам нужно что-то более точное, более эффективное и позволяющее вносить более широкий спектр изменений — введем никазы Cas! (белки nCas). Никазы разрезают только одну нить ДНК. Белки Cas можно превратить в никазы, инактивировав один из двух каталитических сайтов (домен HNH или RuvC). В зависимости от того, какой из них инактивирован, вы разрежете нить, к которой связывается направляющая ДНК, или разрежете противоположную нить. Белки nCas обычно прикреплены («конъюгированы») к другому белку, ферменту, который будет фактически модифицировать ДНК. Потому что, если вы создадите одну нить, клетка просто скажет: «Хорошо, я просто посажу вас. Ничего страшного». Но если у вас есть что-то, что модифицирует ДНК при ее разрезании, то у вас есть способ внести желаемые изменения. Существует два основных метода, которые обычно используются: редактирование оснований (BE) и прайм-редактирование (PE). Редактирование оснований. В этом методе используются модификаторы оснований (обычно нуклеотиддезаминазы) для изменения отдельных нуклеотидов с целью внесения точечных изменений. Таким образом, это позволяет, например, в случае редактирования аденина, дезаминировать аденин. В результате получается гипоксантин, который является основанием для инозина, который затем превращается в гуанин. Если у вас есть цитозин, и вы его дезаминируете, то в вашей клетке он будет считываться как тимин. А на противоположной нити вы получите аденин. Таким образом, изменяются обе нити. Если вы хотите узнать об этом больше, я рекомендую блог AdGene. Существуют также более новые версии, в которых можно вносить и другие изменения. Помимо транзиций, можно также делать трансверсии. Возможно, вы задаетесь вопросом, почему бы просто не использовать каталитический белок, например, CAS-белок? Зачем вообще нужно разрезать ДНК? Есть несколько причин: во-первых, у каталитических белков, CAS-белков, меньшая специфичность, потому что требования к фактическому разрезанию будут более строгими, чем требования к связыванию, поэтому с CAS-белками может быть больше нежелательных эффектов. Во-вторых, создавая эту сетку, вы как бы различаете две нити. И поэтому следующая нить будет выглядеть так: «О, это поврежденная нить». Поэтому я буду использовать только что отредактированную нить в качестве шаблона для исправления другой нити. Редакторы оснований отлично подходят, если вам нужно внести только одно изменение. Например, если вы пытаетесь исправить точечную мутацию, возможно, у пациента всего один неправильный нуклеотид в гене. Вуаля. Давайте исправим это. Но если вам нужны более существенные изменения, например, большая вставка или удаление? В этом случае вам понадобится что-то другое. Представляем вам Prime Editing. (Завершено в комме...