Технологию CRISPR обычно представляют как высокоточные генетические ножницы. Исследователь задаёт нужный адрес в ДНК, фермент приходит в указанное место, делает разрез, а затем учёные пытаются удалить, заменить или исправить ген.

Новая работа предлагает почти противоположный подход.

Не исправлять больную клетку.

Не пытаться вернуть ей утраченную функцию.

А распознать её — и уничтожить целиком.

В центре исследования оказался необычный CRISPR-фермент Cas12a2. В природе он входит в систему защиты бактерий от вирусов, но действует значительно радикальнее привычного Cas9. Обнаружив внутри заражённой клетки определённую вирусную РНК, Cas12a2 активируется и начинает массово разрезать ДНК. Бактериальная клетка погибает, но вместе с ней исчезает и площадка, на которой мог бы размножаться вирус. Это разновидность коллективной защиты: одна клетка жертвует собой ради сохранения всей популяции.

Исследователи решили использовать этот природный механизм как программируемую кнопку самоуничтожения для раковой клетки.

Систему снабжают направляющей РНК — своего рода молекулярным образцом для поиска. Она настраивается на РНК, производимую геном с определённой раковой мутацией. Пока нужного сигнала нет, Cas12a2 остаётся неактивным. Но если внутри клетки появляется соответствующая мутантная РНК, фермент включается и начинает беспорядочно разрезать хроматин — материал, из которого состоят хромосомы.

В клетке возникает множество двуцепочечных разрывов ДНК. Обычное повреждение клетка ещё способна восстановить, но здесь разрезов слишком много. Останавливается клеточный цикл, включаются механизмы реакции на повреждение ДНК, после чего клетка погибает. В опытах количество обнаруженных разрывов было сопоставимо с повреждением, вызываемым противоопухолевыми препаратами цисплатином и этопозидом, однако Cas12a2 активировался только в присутствии заданной РНК-мишени.

Это принципиальная разница.

Многие противоопухолевые методы повреждают не только опухоль, но и здоровые ткани, особенно клетки, которые быстро делятся. Cas12a2 предлагается запускать не по признаку быстрого роста, а по молекулярному удостоверению личности: наличию внутри клетки конкретной мутантной РНК.

Одной из главных мишеней стал ген TP53, кодирующий белок p53.

Его часто называют хранителем генома. В нормальной клетке p53 отслеживает повреждения ДНК, может остановить деление и, если исправление невозможно, запустить гибель опасной клетки. Это один из естественных противоопухолевых механизмов организма.

Но если TP53 повреждён мутацией, тормоз перестаёт работать. Клетка с нарушенной ДНК продолжает делиться и накапливать новые изменения. Мутации, затрагивающие p53, встречаются примерно в 40–50 процентах опухолей, а в некоторых тяжёлых формах рака — значительно чаще.

При этом p53 долго считался почти идеальной и одновременно почти недоступной мишенью.

Большинство лекарств работают как ключ, который входит в определённый участок белка и блокирует его действие. Но при мутации опухолевого супрессора проблема часто состоит не в том, что белок делает слишком много, а в том, что он перестаёт выполнять свою работу. Блокировать его бессмысленно, а восстановить правильную форму и функцию чрезвычайно сложно. Такие мишени называют «неподдающимися лекарствам».

Авторы новой работы отказались от попытки починить сломанный p53. Вместо этого они использовали РНК мутантного гена как опознавательный знак клетки, которую необходимо уничтожить.

В лабораторных экспериментах система различала клетки, отличавшиеся всего одной заменой в генетической последовательности. Cas12a2 активировался в присутствии мутантной версии TP53, повреждал хроматин и подавлял рост этих клеток. Клетки с нормальной версией гена почти не пострадали. Исследователи также продемонстрировали избирательное воздействие на опухолевые клетки с мутациями в EGFR — гене, изменения которого часто участвуют в развитии рака лёгкого.

Параллельная работа другой группы показала, что Cas12a2 можно настроить и на мутацию KRAS G12C. KRAS передаёт клетке сигналы роста, а его повреждённая версия может постоянно удерживать этот сигнал включённым.

В клетках, искусственно производивших мутантный KRAS, система уничтожила около 62 процентов популяции, не вызвав измеримого повреждения клеток с нормальным вариантом гена. В линии раковых клеток лёгкого с естественной мутацией KRAS G12C численность клеток сократилась примерно наполовину. При сочетании Cas12a2 с препаратом соторасибом подавление превысило 85 процентов. Система действовала и на клетки, выработавшие устойчивость к соторасибу.

Исследователи испытали подход и на животных.

В одном эксперименте Cas12a2 настроили на РНК вируса папилломы человека, присутствовавшую в клетках опухоли головы и шеи. Систему, упакованную в липидные наночастицы, вводили непосредственно в опухоли мышей. Лечение статистически значимо замедлило их рост, а анализ тканей подтвердил наличие признаков запрограммированной гибели клеток.

В другой серии опытов липидные наночастицы использовали для доставки компонентов системы в модель рака лёгкого. Терапия подавляла развитие опухолей как на ранней, так и на более поздней стадии эксперимента. Но это всё ещё были модельные опухоли у мышей, а не лечение пациентов.

Главное достоинство метода — его программируемость.

Для создания обычного лекарства против новой мишени могут потребоваться годы поиска подходящей молекулы, проверки её свойств и оптимизации состава. В случае CRISPR основная система остаётся прежней, а меняется направляющая РНК. Теоретически при обнаружении новой значимой мутации можно создать новый молекулярный адрес и проверить, способен ли Cas12a2 различать больную и здоровую версии клетки.

Но именно здесь начинаются вопросы, отделяющие красивый лабораторный результат от настоящего лекарства.

Первый и пока главный — доставка.

Недостаточно уничтожить часть опухолевых клеток. Компоненты системы необходимо провести через организм и доставить к подавляющему большинству клеток опухоли, не активировав фермент в здоровых тканях. В опытах использовались электропорация, прямое введение в опухоль и липидные наночастицы. Эти методы доказывают работоспособность принципа, но ещё не решают задачу безопасного лечения распространённой или метастатической опухоли у человека. Сами авторы называют эффективную доставку одним из ключевых ограничений технологии.

Второй вопрос — неоднородность самого рака.

Опухоль редко состоит из совершенно одинаковых клеток. В ней могут существовать несколько популяций с разными мутациями. Если система настроена только на один генетический признак, часть клеток может пережить лечение, продолжить размножение и сформировать устойчивую опухоль. Возможно, будущая терапия потребует сразу нескольких направляющих РНК или сочетания Cas12a2 с другими методами.

Третий вопрос — безопасность.

Обычный CRISPR стремится сделать ограниченный разрез в заданном месте. Cas12a2 после активации начинает разрушать ДНК внутри всей клетки. В этом и состоит его сила, но цена ошибки здесь особенно высока. Перед испытаниями на людях необходимо будет доказать, что система не включается из-за похожей РНК, случайного совпадения или присутствия нормального варианта гена в здоровой ткани. В опубликованных исследованиях не наблюдалось значимой активации вне заданной мишени, но лабораторная культура и организм человека отличаются несопоставимой сложностью.

Поэтому называть новую систему лекарством от рака сейчас нельзя.

Это доклиническая технология. Её исследовали на клетках и животных моделях. Пока неизвестно, насколько безопасно она будет работать в организме человека, удастся ли доставить её во все необходимые клетки, как долго продлится эффект и сможет ли опухоль приспособиться к воздействию.

Но значение работы от этого не становится меньше.

Исследователи предложили другой принцип противоопухолевой терапии. Не искать для каждого дефектного белка отдельную молекулу. Не обязательно пытаться исправить клетку, которая накопила опасные изменения. Можно научиться читать создаваемую ею РНК и использовать обнаруженную мутацию как разрешение на запуск самоуничтожения.

Раковая клетка в этой модели сама производит сигнал, по которому её находят.

И собственная мутация — та самая, которая помогала опухоли расти, — превращается в её смертный приговор.

Комментарий редакции

В новостях о медицине особенно легко перепутать направление движения с прибытием к цели. Учёные ещё не создали универсальное лечение рака, и пациенту сегодня не могут предложить терапию Cas12a2.

Но перед нами не просто очередное улучшение CRISPR.

До сих пор главное обещание генетического редактирования состояло в возможности исправить ошибку. Новая работа показывает, что не каждую ошибку необходимо исправлять. Иногда важнее научиться безошибочно узнавать клетку, которая стала опасной, и удалить её из организма.

Это более жёсткая идея.

И, возможно, именно поэтому — одна из самых перспективных.