УДК

616.1+612.08

DOI

10.37482/2687-1491-Z059

Сведения об авторах

Е.Д. Намиот* ORCID: 0000-0003-3725-6360
В.С. Кузнецова* ORCID:0000-0003-0404-1531
Е.В. Куставинова* ORCID: 0000-0001-5546-1726
Н.Л. Карташкина* ORCID: 0000-0003-4648-9027

*Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Москва)
Ответственный за переписку: Намиот Евгения Дмитриевна, адрес: 119146, Москва, ул. Большая Пироговская, д. 19, стр. 1; e-mail: enamiot@gmail.com

Аннотация

Методы редактирования генетической информации и возможность управлять ей позволили добиться значительного прогресса в медицине, в частности в изучении патогенеза различных заболеваний, в т. ч. сердечно-сосудистой этиологии. Один из методов редактирования – технология CRISPR/Cas9. CRISPR – это ряд последовательностей генома бактерий и других прокариот, тогда как Cas9 – это эндонуклеаза, непосредственно разрезающая целевую чужеродную последовательность. Сердечно-сосудистые заболевания являются одной из лидирующих причин смерти во всем мире. Достаточно большое количество сердечно- сосудистых заболеваний, таких как гипертрофическая кардиомиопатия, синдром удлиненного и укороченного QT-интервала, имеют наследственную природу. Данный факт значительно осложняет процесс лечения таких патологий. Тем не менее это же позволяет применять метод CRISPR/Cas9 в целях обнаружения и редактирования генов для дальнейшего облегчения клинической картины. Однако генетическая инженерия и ее методы в целом являются достаточно малоизученной областью. Более того, несмотря на то, что существует значительное количество экспериментальных работ о воздействии CRISPR на сердечно-сосудистую систему, не хватает комплексных обзоров, которые бы отражали все положительные и отрицательные аспекты использования CRISPR/Cas9 в терапии наследственных сердечно-сосудистых заболеваний. В данной статье рассмотрены различные варианты применения CRISPR-редактирования непосредственно в клинической практике, а также в моделировании сердечно-сосудистых заболеваний. На основе полученных данных был сделан вывод о том, в какой из областей применение CRISPR/Cas9 является наиболее целесообразным и показывает наилучший результат.
Для цитирования: Намиот Е.Д., Кузнецова В.С., Куставинова Е.В., Карташкина Н.Л. Перспективы использования системы CRISPR/Cas9 для лечения и моделирования сердечно-сосудистых заболеваний (обзор) // Журн. мед.-биол. исследований. 2021. Т. 9, № 2. С. 213–225. DOI: 10.37482/2687-1491-Z059

Ключевые слова

CRISPR/Cas9, сердечно-сосудистые заболевания, генетика, геномное редактирование

Список литературы

1. Kim J.G., Garrett S., Wei Y., Graveley B.R., Terns M.P. CRISPR DNA Elements Controlling Site-Specific Spacer Integration and Proper Repeat Length by a Type II CRISPR–Cas System // Nucl. Acids Res. 2019. Vol. 47, № 16. Р. 8632–8648. DOI: 10.1093/nar/gkz677
2. Marraffini L.A., Sontheimer E.J. CRISPR Interference Limits Horizontal Gene Transfer in Staphylococci by Targeting DNA // Science. 2008. Vol. 322, № 5909. Р. 1843–1845. DOI: 10.1126/science.1165771
3 Pougach K., Semenova E., Bogdanova E., Datsenko K.A., Djordjevic M., Wanner B.L., Severinov K. Transcription, Processing and Function of CRISPR Cassettes in Escherichia coli // Mol. Microbiol. 2010. Vol. 77, № 6. Р. 1367–1379. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2010.07265.x
4. Sander J.D., Joung J.K. CRISPR-Cas Systems for Editing, Regulating and Targeting Genomes // Nat. Biotechnol. 2014. Vol. 32, № 4. Р. 347–355. DOI: 10.1038/nbt.2842
5. Nabel E.G. Cardiovascular Disease // N. Engl. J. Med. 2003. Vol. 349, № 1. Р. 60–72. DOI: 10.1056/NEJMra035098
6. Silas S., Makarova K.S., Shmakov S., Páez-Espino D., Mohr G., Liu Y., Davison M., Roux S., Krishnamurthy S.R., Fu B.X.H., Hansen L.L., Wang D., Sullivan M.B., Millard A., Clokie M.R., Bhaya D., Lambowitz A.M., Kyrpides N.C., Koonin E.V., Fire A.Z. On the Origin of Reverse Transcriptase-Using CRISPR-Cas Systems and Their Hyperdiverse,
Enigmatic Spacer Repertoires // mBio. 2017. Vol. 8, № 4. Art. № e00897-17. DOI: 10.1128/mBio.00897-17
7. Xie C., Zhang Y.P., Song L., Luo J., Qi W., Hu J., Lu D., Yang Z., Zhang J., Xiao J., Zhou B., Du J.L., Jing N., Liu Y., Wang Y., Li B.L., Song B.L., Yan Y. Genome Editing with CRISPR/Cas9 in Postnatal Mice Corrects PRKAG2 Cardiac Syndrome // Cell Res. 2016. Vol. 26. Р. 1099–1111. DOI: 10.1038/cr.2016.101
8. Ben Jehuda R., Shemer Y., Binah O. Genome Editing in Induced Pluripotent Stem Cells Using CRISPR/Cas9 // Stem Cell Rev. Rep. 2018. Vol. 14, № 3. Р. 323–336. DOI: 10.1007/s12015-018-9811-3
9. Ledford H. CRISPR Fixes Disease Gene in Viable Human Embryos // Nature. 2017. Vol. 548, № 7665. Р. 13–14. DOI: 10.1038/nature.2017.22382
10. Ben Jehuda R., Eisen B., Shemer Y., Mekies L.N., Szantai A., Reiter I., Cui H., Guan K., Haron-Khun S., Freimark D., Sperling S.R., Gherghiceanu M., Arad M., Binah O. CRISPR Correction of the PRKAG2 Gene Mutation in the Patient’s Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes Eliminates Electrophysiological and Structural
Abnormalities // Heart Rhythm. 2018. Vol. 15, № 2. Р. 267–276. DOI: 10.1016/j.hrthm.2017.09.024
11. Liang P., Sallam K., Wu H., Li Y., Itzhaki I., Garg P., Zhang Y., Vermglinchan V., Lan F., Gu M., Gong T., Zhuge Y., He C., Ebert A.D., Sanchez-Freire V., Churko J., Hu S., Sharma A., Lam C.K., Scheinman M.M., Bers D.M., Wu J.C. Patient-Specific and Genome-Edited Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes Elucidate Single- Cell Phenotype of Brugada Syndrome // J. Am. Coll. Cardiol. 2016. Vol. 68, № 19. Р. 2086–2096. DOI: 10.1016/j. jacc.2016.07.779
12. Watkins H., Ashrafian H., Redwood C. Inherited Cardiomyopathies // N. Engl. J. Med. 2011. Vol. 364, № 17. Р. 1643–1656. DOI: 10.1056/NEJMra0902923
13. van der Velden J., Tocchetti C.G., Varricchi G., Bianco A., Sequeira V., Hilfiker-Kleiner D., Hamdani N., Leite- Moreira A.F., Mayr M., Falcão-Pires I., Thum T., Dawson D.K., Balligand J.L., Heymans S. Metabolic Changes in Hypertrophic Cardiomyopathies: Scientific Update from the Working Group of Myocardial Function of the European
Society of Cardiology // Cardiovasc. Res. 2018. Vol. 114, № 10. Р. 1273–1280. DOI: 10.1093/cvr/cvy147
14. Green E.M., Wakimoto H., Anderson R.L., Evanchik M.J., Gorham J.M., Harrison B.C., Henze M., Kawas R., Oslob J.D., Rodriguez H.M., Song Y., Wan W., Leinwand L.A., Spudich J.A., McDowell R.S., Seidman J.G., Seidman C.E. A Small-Molecule Inhibitor of Sarcomere Contractility Suppresses Hypertrophic Cardiomyopathy in Mice //
Science. 2016. Vol. 351, № 6273. Р. 617–621. DOI: 10.1126/science.aad3456
15. Cirino A.L., Seidman C.E., Ho C.Y. Genetic Testing and Counseling for Hypertrophic Cardiomyopathy // Cardiol. Clin. 2019. Vol. 37, № 1. Р. 35–43. DOI: 10.1016/j.ccl.2018.08.003
16. Murphy S.L., Anderson J.H., Kapplinger J.D., Kruisselbrink T.M., Gersh B.J., Ommen S.R., Ackerman M.J., Bos J.M. Evaluation of the Mayo Clinic Phenotype-Based Genotype Predictor Score in Patients with Clinically Diagnosed Hypertrophic Cardiomyopathy // J. Cardiovasc. Transl. Res. 2016. Vol. 9, № 2. Р. 153–161. DOI: 10.1007/s12265-016-9681-5
17. Marian A.J., Braunwald E. Hypertrophic Cardiomyopathy: Genetics, Pathogenesis, Clinical Manifestations, Diagnosis, and Therapy // Circ. Res. 2017. Vol. 121, № 7. Р. 749–770. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.117.311059
18. Singer E.S., Ingles J., Semsarian C., Bagnall R.D. Key Value of RNA Analysis of MYBPC3 Splice-Site Variants in Hypertrophic Cardiomyopathy // Circ. Genom. Precis. Med. 2019. Vol. 12, № 1. Art. № e002368. DOI: 10.1161/CIRCGEN.118.002368
19. Kaul S., Heitner S.B., Mitalipov S. Sarcomere Gene Mutation Correction // Eur. Heart J. 2018. Vol. 39, № 17. Р. 1506–1507. DOI: 10.1093/eurheartj/ehy179
20. Grassmann F., Kiel C., den Hollander A.I., Weeks D.E., Lotery A., Cipriani V., Weber B.H.F; International Age-Related Macular Degeneration Genomics Consortium (IAMDGC). Y Chromosome Mosaicism Is Associated with Age-Related Macular Degeneration // Eur. J. Hum. Genet. 2019. Vol. 27, № 1. Р. 36–41. DOI: 10.1038/s41431-018-0238-8
21. Mehravar M., Shirazi A., Nazari M., Banan M. Mosaicism in CRISPR/Cas9-Mediated Genome Editing // Dev. Biol. 2019. Vol. 445, № 2. Р. 156–162. DOI: 10.1016/j.ydbio.2018.10.008
22. Tanihara F., Hirata M., Nguyen N.T., Le Q.A., Hirano T., Otoi T. Effects of Concentration of CRISPR/Cas9 Components on Genetic Mosaicism in Cytoplasmic Microinjected Porcine Embryos // J. Reprod. Dev. 2019. Vol. 65, № 3. Р. 209–214. DOI: 10.1262/jrd.2018-116
23. Lander E.S., Baylis F., Zhang F., Charpentier E., Berg P., Bourgain C., Friedrich B., Joung J.K., Li J., Liu D., Naldini L., Nie J.B., Qiu R., Schoene-Seifert B., Shao F., Terry S., Wei W., Winnacker E.L. Adopt a Moratorium on Heritable Genome Editing. 2019. Vol. 567, № 7747. Р. 165–168. DOI: 10.1038/d41586-019-00726-5
24. Strecker J., Jones S., Koopal B., Schmid-Burgk J., Zetsche B., Gao L., Makarova K.S., Koonin E.V., Zhang F. Engineering of CRISPR-Cas12b for Human Genome Editing // Nat. Commun. 2019. Vol. 10. Art. № 212. DOI: 10.1038/s41467-018-08224-4
25. Papasavva P., Kleanthous M., Lederer C.W. Rare Opportunities: CRISPR/Cas-Based Therapy Development for Rare Genetic Diseases // Mol. Diagn. Ther. 2019. Vol. 23, № 2. Р. 201–222. DOI: 10.1007/s40291-019-00392-3
26. Berns K.I., Srivastava A. Next Generation of Adeno-Associated Virus Vectors for Gene Therapy for Human Liver Diseases // Gastroenterol. Clin. North Am. 2019. Vol. 48, № 2. Р. 319–330. DOI: 10.1016/j.gtc.2019.02.005