Использование технологий геномной инженерии в целях создания моделей социально важных заболеваний человека.
Основное направление работы: создание и исследование моделей наследственных нейродегенеративных и сердечно-сосудистых заболеваний на основе культивируемых плюрипотентных клеток человека. Для создания клеточных моделей заболеваний используются технологии получения пациент-специфичных линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) и их направленная дифференцировка в релевантные типы клеток (нейроны, кардиомиоциты), которые воспроизводят патологический фенотип на клеточном и молекулярном уровнях. Кроме того, в область исследований лаборатории входит совершенствование и применение новейших методов редактирования геномов, предназначенных для создания изогенных клеточных моделей болезней на основе плюрипотентных клеток с помощью CRISPR/Cas9-опосредованной гомологичной рекомбинации (направленного внесения генных мутаций) и нокаута генов. Помимо этого, модификации системы CRISPR/Cas9, направленные на нокаут генов и активацию транскрипции, используются для выяснения молекулярных механизмов лежащих в основе патологических процессов и поиска потенциальных мишеней для терапии.
В настоящее время в мире наблюдается огромный прогресс в создании и исследовании клеточных моделей заболеваний. Экспериментально доказано, что данные модели адекватно воспроизводят многие аспекты патологического фенотипа in vitro и могут быть использованы для поиска новых лекарственных соединений и в токсикологических исследованиях. Кроме этого, в последнее время произошел настоящий прорыв в методах редактирования геномов, была созданы искусственные системы TALEN и CRISPR/Cas9 (Wright et al., 2014; Doudna & Charpentier, 2014). Во множестве работ показано, что данные системы являются крайне эффективными и относительно простыми в использовании инструментами для направленного изменения нуклеотидных последовательностей in vitro и in vivo, а также контроля генной экспрессии, в том числе в масштабе целых геномов. Технологии индуцированной плюрипотентности (получения ИПСК человека и животных), а также геномной инженерии активно применяются в ведущих исследовательских университетах и научно-исследовательских институтах мира. В России подобными технологиями владеют лишь отдельные лаборатории. В ННЦ получением клеточных моделей наследственных заболеваний с применением системы CRISPR/Cas9, занимается научный коллектив под руководством д.б.н. С.М. Закияна (ИЦиГ СО РАН). В настоящий момент в ЕС и США продолжаются крупные проекты по созданию биобанков моделей заболеваний, на основе тысяч линий пациент-специфических ИПСК (European Bank for induced pluripotent Stem Cells, StemBANCC, Induced Pluripotent Stem Cell (iPSC) Initiative). В ближайшее десятилетие данные биобанки должны стать основой для проведения междисциплинарных трансляционных исследований, целями которых является выяснение молекулярных основ наследственных патологий, поиск мишеней для терапии и скрининг потенциальных лекарственных соединений, и токсикологические исследования. Применение данного подхода должно сократить время, требуемое на разработку новых лекарств (сейчас, на каждый препарат требуется 10-15 лет), а также стоимость, в связи с отсевом неэффективных и токсичных соединений на ранних стадиях испытаний. Система CRISPR/Cas9 должна быть усовершенствована в ближайшее десятилетие. Одними из основных направлений этого усовершенствования будет повышение эффективности CRISPR/Cas9-опосредованной гомологичной рекомбинации (особенно в плюрипотентных клетках) и снижение нецелевой активности.
