ИИ-модель с помощью CRISPR-нокаута нашла новые мишени для лечения псориаза

Псориазом страдают более 125 миллионов человек во всем мире. При легких случаях симптомы можно купировать с помощью кремов, содержащих стероиды, и других средств для местного применения. Но для многих пациентов с умеренной и тяжелой формой заболевания необходимы системные методы лечения. Биологические препараты, воздействующие на белки иммунной сигнализации, в частности, на интерлейкин-17 (IL-17) и его рецептор IL-17RA, эффективны, но их нужно вводить инъекционно, их стоимость может достигать десятки тысяч долларов в год, и они подавляют иммунный ответ в разных тканях. Недавно одобрены препараты для перорального приема, но их активные вещества также циркулируют по всему организму, воздействуя на иммунные пути за пределами кожи.

Чтобы разработать альтернативные препараты на основе малых молекул, необходимо лучше понять, как регулируется рецептор IL17RA в кератиноцитах кожи — именно в них развиваются патологические процессы, которые приводят к симптомам псориаза. В некоммерческой исследовательской организации Chan Zuckerberg Biohub (Чикаго, США) занимаются в том числе расшифровкой воспалительных процессов. Сотрудники Biohub провели полногеномный скрининг с использованием CRISPR-нокаута для выявления регуляторов IL17RA в первичных (полученных от пациентов) кератиноцитах эпидермиса. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Кератиноциты устойчивы к стандартным генетическим манипуляциям, а усилители вирусной трансдукции, такие как полибрен, даже в малых концентрациях подавляют их деление. Команда Biohub решила эту проблему, использовав для доставки лентивирусных векторов центробежную силу. К выращенным в планшетах клеткам добавляли вирус и затем их центрифугировали (900×g, 1,5 ч, 35 °C). Этот подход авторы называют «спинфекцией», от spin — «вращение» и «трансфекция».

С помощью библиотеки направляющих РНК исследователи поочередно выключили более 19 000 генов в кератиноцитах двух доноров, чтобы оценить влияние нокаута каждого из генов на IL17RA. Таким образом была получена общегеномная карта регуляторов IL17RA в клетках кожи.

Среди тысяч генов, как-то влияющих на уровень экспрессии IL17RA, большинство было вовлечено в известные биологические механизмы. Чтобы найти действительно новые и в то же время эффективные мишени, авторы использовали языковую модель VirtualCRISPR, обученную на имеющихся данных функциональной геномики. О каждом гене модели задавали вопрос, можно ли предсказать его участие в регуляции IL17RA на основании существующих данных. Отобрали гены, влияющие на экспрессию IL17RA согласно данным скрининга и в то же время не представленные как его регуляторы в литературе.

Было обнаружено два новых регулятора IL17RA: 5-липоксигеназа (ALOX5), фермент, присоединяющий атомы кислорода к ненасыщенным жирным кислотам, и рецептор окситоцина (OXTR). Окситоцин — гормон, отвечающий за сокращение гладкой мускулатуры во время родов; журналисты часто называют его «гормоном любви» за роль в формировании социальных связей, но он имеет и другие функции.

Эффективность обнаруженных регуляторов проверили на мышах, у которых вызвали дерматит, похожий на кожные проявления псориаза, с помощью имиквимода. На поврежденные участки кожи наносили гели, содержащие зилеутон — ингибитор ALOX5, одобренный как средство от астмы, — или клигосибан, антагонист OXTR. Оба геля за пять дней уменьшили проявления дерматита так же эффективно, как и системное применение моноклональных антител против IL17RA. Кожа животных восстановила нормальную толщину, сигнальная функция иммунных клеток сместилась в сторону противовоспалительных состояний. Клигосибан показал наиболее впечатляющие результаты, поэтому авторы предположили, что блокада OXTR может устранять не только его воспалительные симптомы, но и нарушение барьерной функции кожи, приводящее к развитию хронического псориаза.

Таким образом, CRISPR-селекция в сочетании с ИИ-технологиями обнаружила мишени, потенциал которых для терапии псориаза был экспериментально подтвержден. Как показал протеомный анализ, зЗилеутон и клигосибан воздействуют на специфические для кератиноцитов сигнальные пути, не играющие роли в общей иммунной функции. Можно предположить, что содержащие их гели действуют локально, системного подавления иммунитета не происходит. Безопасность зилеутона подтверждена применением у пациентов с астмой; безопасность антагонистом OXTR — применением для предотвращения преждевременных родов. Это может ускорить начало клинических исследований.

«Скрининг CRISPR такого масштаба, управляемый искусственным интеллектом, дал нам ответы, к которым раньше у нас не было доступа, а также удивительно эффективное потенциальное лечение», — говорит Шана Келли, президент подразделения биоинженерии и руководитель Biohub.

Половина дозы препаратов от псориаза работает так же эффективно, как и полная дозировка?