Исследователи из Калифорнийского университета успешно применили генную терапию для подавления факторов боли. Для этого они воспользовались технологией CRISPR/Cas9 и методом «цинковых пальцев». Своим открытием ученые поделились в журнале Science Translational Medicine.
Credit: public domain
Всю свою историю человечество ищет способы избавиться от боли. Когда-то для этого применяли алкоголь, опий, коноплю и даже такие методы, как трепанация черепа, оглушение ударом по голове или частичное удушение.
С тех пор создано множество химических соединений, которые подавляют болевые ощущения. Однако, когда ни одно лекарство не справляется, по-прежнему используют опиоиды — препараты, полученные из опийного мака, а также их синтетические аналоги. Они блокируют болевые сигналы в спинном и головном мозге, но, к сожалению, у них много побочных эффектов и при их приеме часто развивается зависимость.
Боль возникает при раздражении особых окончаний нервных волокон, которые называют ноцицепторами. Раздражителями могут выступать внешние физические, механические и химические воздействия или же внутренние агенты, выделяющиеся, например, при воспалении.
Для передачи сигнала по спинному мозгу необходима активация натриевых каналов на мембранах ноцицепторов. Благодаря этому сигнал передается по нервным клеткам, поднимается по спинному мозгу, достигает головного мозга — и в результате мы чувствуем боль.
Некоторым людям боль не знакома вовсе — такое состояние возникает при редкой мутации гена SCN9A. Этот ген ответственен за создание одной из субъединиц натриевого канала Nav1.7. Без нее натрий не поступит в нервные клетки, а болевой сигнал не передастся в головной мозг.
Существует несколько разновидностей натриевых каналов, похожих на Nav1.7. По этой причине не удалось создать вещество, выборочно подавляющее его активность. При попытках заблокировать Nav1.7 страдали каналы-изотопы, что приводило к нежелательным побочным эффектам.
Исследователи из Калифорнийского университета пошли другим путем — они решили подавить экспрессию гена SCN9A. Для этого ученые применили два эпигенетических редактора: ZNF и CRISPR-Cas9. Эпигенетические методы позволяют включать и выключать определенные гены без изменения ДНК.
ZNF означает «zinc-finger», или «цинковый палец» — это нуклеазы, то есть ферменты, расщепляющие нуклеиновые кислоты. В их состав входит молекула цинка и белки, по форме действительно напоминающие палец. При создании искусственных нуклеаз можно собрать цепочку из «цинковых пальцев», которая узнает нужный участок ДНК.
Метод цинковых пальцев. Credit: public domain
Вторым редактором стал CRISPR/Cas9 – знаменитые «молекулярные ножницы», уже превратившиеся в мощный инструмент для исправления ошибок в геноме.
Однако в случае с болью отредактировать геном раз и навсегда — не лучшая идея. Боль поможет нам, например, понять, что нужно вызвать скорую помощь, чтобы не дать аппендиксу разорваться.
По этой причине ученые использовали инактивированный белок dCas9, который находит нужный участок ДНК, связывается с ним, но не разрезает. К белку dCas9 присоединили репрессорный домен KRAB (Krüppel-associated boxes).Его же добавили к белку, распознающему мишень при помощи домена«цинковых пальцев». Репрессор подавляет работу гена — в результате не формируется белок, не работает канал Nav1.7, и болевой сигнал не передается в головной мозг.
Предварительно исследователи проверили эффективность подавления натриевого канала на клеточной линии мышиных нейронов (Neuro2A). Затем для доставки редакторов использовали аденоассоциированный вирус (AAV), который вводили грызунам в область спинного мозга.
В эксперименте участвовали несколько видов мышей: с воспалением и отеком лапы, вызванными введением каррагенана; с повышенной чувствительностью к прикосновениям и холоду, индуцированной противораковым препаратом «Паклитаксел»; с повышенной чувствительностью к различным неболевым стимулам, вызванной аденозинтрифосфатом.
Подавление боли у грызунов с помощью CRISPR/Cas9 и«цинковых пальцев».Credit: Ana M. Moreno et al / Science Translational Medicine 2021
По результатам эксперимента, репрессия канала Nav1.7 обоими эпигенетическими редакторами оказалась эффективна при всех видах болевой чувствительности. Для боли, вызванной «Паклитакселом», анальгезирующее действие сохранилось на 15 недель.
Чтобы определить возможные побочные эффекты, ученые исследовали мышечный тонус у грызунов, измерили изменения температуры и массы тела, а также двигательные функции. Все показатели были в норме. Изучение образцов тканей также не показало повреждения нервных клеток.
Исследователи предполагают, что эпигенетическое редактирование однажды заменит опиоиды при борьбе с хронической болью.
Текст: Вера Васильева
Long-lasting analgesia via targeted in situ repression of NaV1.7 in mice by Ana M. Moreno et al in Science Translational Medicine. Published March 2021.
https://stm.sciencemag.org/content/13/584/eaay9056
