Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Аргонавты заглушат скверные гены

Наследственные болезни можно лечить, не меняя наследственности

  
Один из главных механизмов доставки генетического материала в клетку — создание искусственных конструкций из молекул. Весьма эффективную его реализацию разработали в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Водоотталкивающие специально синтезированные липидные молекулы (обозначены зеленым) связываются с молекулами ДНК или РНК (обозначены лиловым) в единый комплекс. Иллюстрация: Peter Allen, UCSB. © 2006 American Chemical Society 

В 2006 году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена за открытие «РНК-интерференции» — нового механизма контроля активности генов. Это явление положено в основу принципиально нового терапевтического подхода — целенаправленного «заглушения» определенных нежелательных генов. Классическая генетика рассматривала наследственные признаки, а значит, и наследственные болезни, как неисправимые и неизбежные. Теперь же выясняется, что контроль над работой генов в организме человека вполне возможен. И даже начались клинические испытания первого лекарства, основанного на РНК-интерференции.

Согласно упрощенному определению, гены — участки молекулы ДНК, которые отвечают за определенные признаки. Один и тот же набор генов присутствует во всех клетках данного организма, отвечая за все наследуемые признаки. Именно благодаря постоянству генов человек не превращается в течение жизни в обезьяну или березу. Но наличие определенного гена ещё не означает проявления соответствующего признака: ведь гены во всех клетках организма одинаковы, а клетки между собой сильно различаются. Очевидно, что в каждой клетке «работает» только небольшая часть генов, которые в ней находятся. Но почему одни гены «молчат» (это не метафора, ученые так пишут), а другие гены «работают»? До недавнего времени очень мало было известно о механизмах регуляции активности генов в данной клетке.

РНК-интерференция — один из механизмов регуляции «активности» генов. Одним из основных механизмов регуляции экспрессии генов является так называемая РНК-интерференция (RNA interference). Чтобы лучше представить себе, как она работает, необходимо вспомнить, как реализуется генетическая информация. 

«Оригинал» генетической информации в клетке хранится в виде молекул ДНК. Непосредственно в работе «биохимического производства» она не может использоваться: для синтеза заметного количества любого биохимического продукта должны одновременно работать тысячи молекул. ДНК для них — всего лишь нечто вроде перфоленты, вреде тех, на которых некогда было принято записывать программы для работы ЭВМ. Кроме того, ДНК отделена от остальной клетки мембраной и находится в особой структуре — клеточном ядре. 

  
Так исследователь из университета штата Юта Алехандро Санчес Альварадо представил результаты генетического исследования, которое его группа проводила на пресноводных червях Schmidtea mediterranea. В ходе исследования червям давали микроскопические пилюли, содержащие РНК-препараты и отключающие определенные гены. Таким образом, при одном и том же генотипе возникали различные фенотипы. На переднем плане представлен червь в своем обычном виде, а на заднем — различные типы уродств, вызванных «молчанием генов». Иллюстрацияс: Alejandro Sanchez Alvarado
Связь между синтезом белков, непосредственно осуществляющих «исполнение» биохимических функций, и ДНК выполняет рибонуклеиновая кислота (РНК). Если белки можно сравнить со станками, а ДНК — с чертежами в сейфе главного конструктора, то РНК (точнее, информационная РНК) — это «рабочие копии чертежей», которые доставляются на место производства. Именно на этой промежуточной стадии «рабочих копий» осуществляется регуляция активности генов путем РНК-интерференции. Так называемые микро-РНК «распознают» информационную РНК, скопированную с определенного гена, и запускают специальный механизм её уничтожения. 

Развивая аналогию, можно сказать, что молекулы микро-РНК перехватывают на пути в цех копии чертежей тех изделий, которые в данный момент не нужны клетке, и созывают «комиссию по цензуре» (научное название — RNA-induced silencing complex, буквально «заглушающий комплекс, индуцированный РНК», сокращенно RISC). Исполнительный компонент в составе RISC — фермент с официальным названием аргонавт (argonaute) — разрушает информационную РНК. Кроме регуляции активности собственных генов, специальные микро-РНК «натравливают» аргонавта на чужеродную РНК, которую вносят в клетку вирусы. Это своеобразная внутриклеточная «иммунная система», которая существует не только у высокоорганизованных животных (которые имеют и «настоящую» иммунную систему), но и у растений, и у совсем примитивных организмов.

Самое главное для практического применения РНК-интерференции — то, что для аргонавта не имеет значения, какую информационную РНК уничтожать, он слепо следует указаниям микро-РНК. Это открывает необычайные перспективы для создания лекарственных препаратов. Обычно лекарства действуют на уровне конечных стадий биохимического «производства», они, так сказать, «выключают» (или «ломают») работающие станки или уничтожают готовые изделия. Открытие РНК-интерференции делает возможной другую стратегию: не «обезвреживать» нежелательный биохимический продукт (рискуя нарушить заодно и какой-нибудь нормально протекающий процесс), а просто «натравливать» собственный защитный механизм клетки — RISC — на определенную информационную РНК, таким образом предотвращая образование нежелательного продукта. Достаточно сконструировать правильную микро-РНК. Это выполнимая задача, поскольку весь геном человека «прочитан», и для некоторых болезней известны вполне определенные гены, за них ответственные. 

Но как же применить РНК-интерференцию на практике?

В том же 2006 году американская фармацевтическая фирма «Sirna» начала клинические испытания первого лекарства, механизм действия которого основан на РНК-интерференции (пока оно называется «Sirna-027»). Показано, что «Sirna-027» помогает против возрастной макулярной дегенерации сетчатки (macular degeneration) — болезни, которая приводит к потере зрения. Полмиллиона новых случаев этого заболевания регистрируется в мире ежегодно. Болезнь заключается в том, что в центральной части сетчатки неконтролированно растут новые кровеносные сосуды, что приводит к разрушению клеток, воспринимающих свет. 

  
Генеральный директор Sirna Therapeutics, Inc. Говард Робин. Его компания одной из первых использовала РНК-механизм выключения генов при разработке новых лекарственных препаратов. Фото: © Copyright 2006, The NASDAQ Stock Market, Inc.
Ученые идентифицировали ген, избыточная активность которого в сетчатке приводит росту кровеносных сосудов. Это ген рецептора эндотелиального фактора роста сосудов — белка, который «воспринимает» гормональный сигнал к росту. В результате, человек слепнет из-за активности своего же «нормального» и «нужного» гена, но в ненужном месте и не «на том» этапе жизни. «Sirna-027» — это специфическая микро-РНК, которая запускает механизм разрушения информационной РНК, обеспечивающей синтез рецептора эндотелиального фактора роста сосудов. Для терапевтического применения микро-РНК была химически модифицирована особым образом (дело в том, что «обычные» РНК, введенные в организм, плохо проникают в клетки и быстро разрушаются).

Конечно, можно возразить, что лучше было бы начать со смертельных болезней (таких как рак или СПИД). Но кому понравиться жить, потеряв зрение? Кроме того, вспомним, что новоизобретенной кинокамерой сначала сняли всего лишь «Прибытие поезда», а «Унесенные ветром» появились значительно позже. Сейчас, кроме макулярной дегенерации сетчатки, «Sirna» выполняет программы (но они пока на доклинических стадиях) по раку, гепатитам В и С, диабету, астме, болезни Хантингтона (прогрессирующая дегенерация нервных клеток, приводящая к инвалидности) и облысению (это пока тоже неизлечимая болезнь).

Главная проблема в области клинического применения микро-РНК — не конструирование самих молекул, специфических для определенных генов-мишеней, а их доставка в клетку. В отличие от многих обычных лекарств, молекулы РНК сравнительно большие и обладают физико-химическими свойствами, которые мешают им проходить через внешнюю мембрану клетки. Решением этой проблемы с большим или меньшим успехом занимается целая отрасль современной науки (drug delivery). Существуют две стратегии: во-первых, применение «готовых» систем доставки РНК или ДНК в клетку, получаемых из некоторых вирусов, а во-вторых, создание искусственных конструкций из молекул (например, липосом).

Работы новых нобелевских лауреатов Файра и Меллоу открыли дорогу к созданию универсального или почти универсального инструмента для целенаправленного вмешательства в проявление наследственных признаков. Инструмента, который не нарушает сами гены и не влияет на передачу генов потомству. 

Значит, этические возражения снимаются (в Евросоюзе, например, запрещены исследования, связанные с изменением наследственности человека). В XIX–XX веках сторонники евгеники (проще говоря, улучшения совокупности генов у населения) предлагали не позволять иметь детей людям, имеющим «гены болезней». То есть, говоря языком животноводов, «отбирать лучших производителей». Но так и до геноцида недалеко. В отличие от евгенических подходов, РНК-интерференция открывает перспективы «заглушения» активности нежелательных генов без какого-либо вмешательства в «святая святых» — наследственность.

Читайте также в журнале «Вокруг Света»:

 

Сергей Авилов, 16.03.2007

 

Новости партнёров