Новый инструмент редактирования генов позволяет точно контролировать нагрузку митохондриальных мутаций

Учёные из Японии сообщили о значимом прорыве в изучении митохондриальных заболеваний, от которых страдает примерно один человек из пяти тысяч по всему миру. Эти патологии могут проявляться в виде серьёзных симптомов, включая мышечную слабость и инсультоподобные состояния. Одним из наиболее тяжёлых состояний является синдром MELAS, который нередко связан с мутацией m.3243A>G в митохондриальной ДНК. Эта мутация также может провоцировать развитие диабета. Однако до недавнего времени возможности лечения оставались крайне ограниченными.


Одним из главных препятствий в разработке эффективной терапии является гетероплазмия — одновременное присутствие нормальной и мутировавшей митохондриальной ДНК в клетках. Это состояние значительно затрудняет таргетное вмешательство, поскольку соотношение типов ДНК варьируется от ткани к ткани. При этом связи между уровнем мутации и выраженностью симптомов пока изучены недостаточно. Отчасти это связано с отсутствием надежных клеточных моделей, позволяющих точно контролировать степень гетероплазмии.

На фоне этих сложностей исследовательская группа под руководством доцента Наоки Яхаты из Медицинской школы университета здравоохранения Фудзита разработала новую методику, позволяющую управлять соотношением мутантной и нормальной мтДНК в лабораторных условиях. Результаты работы были опубликованы онлайн 20 марта 2025 года, а в печатной версии они появятся в июньском номере журнала Molecular Therapy Nucleic Acids. В числе соавторов значатся специалисты из Национального центра неврологии и психиатрии и медицинского учреждения в Осаке.

Исследование основывается на использовании специализированных ферментов — mpTALEN — способных точно распознавать и разрушать заданные участки митохондриальной ДНК. Ученые создали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, содержащие мутацию m.3243A>G, и применили две версии этих ферментов: одна была нацелена на мутировавшую ДНК, другая — на нормальную. Такой подход позволил получить клеточные линии с различной мутационной нагрузкой — от 11% до 97%, сохранив при этом их способность к дифференцировке.

Дополнительные технологические усовершенствования, в частности, использование новых вариантов доменов нуклеазы FokI и добавление уридина, способствовали повышению точности вмешательства и стабильности клеточных линий. Благодаря этому стало возможным создавать модели, ранее считавшиеся трудно поддерживаемыми из-за дефицита роста.

Авторы подчеркивают, что их подход открыл путь к более глубокому пониманию влияния уровня гетероплазмии на клиническое течение заболеваний. Новая методика уже доказала свою ценность в лабораторных исследованиях, а в перспективе может лечь в основу терапевтических стратегий для пациентов, страдающих от митохондриальных нарушений, связанных с мутацией m.3243A>G.

Наоки Яхата выразил уверенность, что предложенная технология может быть адаптирована для работы с другими патогенными вариантами мтДНК. Это открывает новые возможности как для фундаментальных исследований, так и для создания эффективных методов лечения редких, но тяжёлых митохондриальных заболеваний.

Читайте также: