Энхансерные элементы рыбки данио улучшили состояние сердца у мышей

Существующая генная терапия направлена на замещение гена, нефункционального из-за наследственного дефекта. Такой подход не требует контроля экспрессии терапевтического агента и успешно использует аденоассоциированный вектор (AAV) для доставки генетических конструкций с тканеспецифичными промоторами. Однако при многих заболеваниях необходима пространственно-временная регуляция экспрессии терапевтического продукта, чего не могут обеспечить существующие AAV-системы. В поисках решения проблемы ученые из США обратились к регенеративной биологии.

Во время регенерации тканей происходит перенаправление экспрессии сотен и тысяч генов, что обеспечивает изменение функций клеток. Ранее у рыбки данио были описаны энхансерные элементы TREE, которые активируют экспрессию необходимых генов в месте повреждения и уменьшают ее, когда заживление завершается. В новой работе ученые протестировали способность TREE направлять экспрессию генов в поврежденных тканях взрослых млекопитающих.

Сначала на линиях мышей, экспрессирующих генетический конструкты с TREE и геном-репортером, они подтвердили, что при моделировании инфаркта миокарда энхансерные элементы обеспечивают селективную экспрессию гена в месте повреждения. Аналогичный эффект наблюдался при повреждении костей и мышц.

На следующем этапе ученые поместили TREE, слитые с мышиным промотором, и кассету с последовательностью зеленого флуоресцентного белка на векторы, основанные на AAV9. Конструкции вводили мышам в хвостовую вену за неделю до индукции инфаркта миокарда, а после него в разных временных точках оценили экспрессию флуоресцентного репортера в клетках сердца. Трансдукция произошла в 45–65% кардиомиоцитов пограничной зоны и отдаленных участков. Экспрессия репортера начиналась на третий день после инфаркта, продолжалась не менее двух недель и проявлялась преимущественно в пограничной зоне. В клетках других типов, кроме кардиомиоцитов, экспрессии репортера, направленной TREE, практически не было, что согласуется с тропизмом AAV9 к кардиомиоцитам. Похожие результаты были получены при введении вектора после инфаркта.

Работу TREE в больших млекопитающих подтвердили, вводя AAV-конструкты с энхансерными элементами и репортером mCherry свиньям после повреждения сердца. В этот раз вместо внутривенных инъекции использовали множественные уколы в миокард, снижая таким образом количество AAV, необходимое для трансдукции большого количества ткани. Репортер селективно экспрессировался в приблизительно 5% кардиомиоцитов пограничной зоны. Таким образом ученые подтвердили способность TREEs функционировать в различных тканях млекопитающих разных видов.

Затем они показали возможность таргетного эпигеномного редактирования с помощью энхансерных элементов. Они создали линии мышей, экспрессирующие каталитически неактивную нуклеазу Cas9 (dCas9), слитую с коактиватором или репрессором транскрипции, а на AAV поместили TREE и гидовые РНК к генам, вовлеченным в биологию кардиомиоцитов. Ученые индуцировали у мышей инфаркт миокарда, вводили им вектор и дальше, в зависимости от того, с каким белком была слита dCas9, наблюдали повышение или снижение экспрессии генов-мишеней в пораженном миокарде или возле него.

TREE осуществляли временной контроль экспрессии генов. Вместе с энхансерными элементами мышам вводили YAP-кассету, усиливающую цикл кардиомиоцитов. На третий день после повреждения никаких изменений не наблюдалось, а на 14 день регистрировалась экспрессия маркеров клеточного цикла и дедифференциации кардиомиоцитов в пограничной зоне. В других регионах сердца подобных эффектов не былол. Функция сердца у мышей, получивших YAP-кассету вместе с TREE, улучшалась по сравнению с контрольными мышами, однако, по данным гистологического анализа, фиброз развивался одинаково. Авторы отмечают, что у людей часто большое количество рубцов не сопровождается значительной дисфункцией сердца.

В дальнейшем ученые планируют более подробно изучить механизм взаимодействия TREE с их молекулами-мишенями. Кроме того, конструкты необходимо оптимизировать, чтобы повысить их безопасность и устранить нецелевую активность энхансерных элементов.

Окситоцин стимулирует регенерацию клеток сердца