Ученые создали молекулу, которая помогает РНК-полимеразе проходить труднодоступные участки в ДНК, образующиеся в результате экспансии тринуклеотидных повторов при атаксии Фридрейха – тяжелой наследственной болезни, которая нарушает координацию движений. Молекула под названием Syn-TEF1 специфически связывается с повторами в ДНК и привлекает туда белки, помогающие полимеразе синтезировать РНК. В экспериментах на клеточных линиях и на мышах Syn-TEF1 эффективно восстановила экспрессию гена FXN, нарушение которой и является причиной развития заболевания. Исследование опубликовано в Science.

Атаксия Фридрейха является наиболее распространенной наследственной атаксией, то есть заболеванием, сопровождающимся тяжелым нарушением моторики и координации. В мире ей болеет примерно один человек из 50 тысяч, а носителем мутации, приводящей к развитию болезни, является почти каждый сотый. Эффективного лечения для этой болезни пока не существует.

Симптомы заболевания провоцирует недостаток белка фратаксина, из-за которого нарушаются функции митохондрий. В результате постепенного накопления с возрастом тринуклеотида GAA в некодирующем участке гена FXN, который кодирует фратаксин, ДНК в этом месте образует участок неактивного хроматина или даже сложные структуры, которые мешают проходить РНК-полимеразе. В результате экспрессия гена падает, что и приводит к недостатку белка.

Полиамидная часть молекулы Syn-TEF (красным) связана с ДНК, а наружу смотрит JQ1, привлекающий белковые факторы. Graham S. Erwin et al / Science 2017

Ученые из университета Висконсина создали молекулу, которая специфично связывается с повторами GAA и привлекает туда белки, помогающие РНК-полимеразе проходить сложный участок (факторы элонгации транскрипции). В основе «синтетического фактора элонгации», или Syn-TEF1, как его назвали авторы работы, лежит соединение под кодовым названием JQ1, которое связывается с белком, необходимым для прохождения РНК-полимеразы через ДНК. Эта молекула используется для подавления транскрипции в опухолевых клетках.

Чтобы превратить ингибитор транскрипции в активатор, ученые пришили к JQ1 ДНК-связывающий «хвост», состоящий из полиамидов (PA1). К этим веществам можно присоединять различные функциональные группы таким образом, чтобы они связывались с заданной последовательностью в ДНК.

Эксперименты на клетках, взятых у больных атаксией, показали, что Syn-TEF1 полностью восстанавливает экспрессию гена FXN. Секвенирование РНК, выделенной из клеток, обработанных молекулой и контрольных клеток, показало, что Syn-TEF1 достаточно специфично действует на экспрессию этого гена. Только 11 других генов изменили свою экспрессию более чем в два раза под действием вещества, при этом свободный JQ1 изменил экспрессию четырех тысяч генов.

В клетках больных атаксией накапливаются тринуклеотидные повторы GAA в составе гена FXN. Экспрессия гена восстанавливается, если клетки обрабатывать молекулой Syn-TEF1. Экспрессия гена возрастает пропорционально концентрации вещества (красные столбики слева). В контрольных клетках (справа) экспрессия гена не нарушена, и Syn-TEF на нее не действует. Graham S. Erwin et al / Science 2017

Ученые также проверили, как вещество подействует на клетки в организме мышей. Для этого мышам подсадили под кожу опухолевые клетки, содержащие репортерный ген, соединенный с геном FXN. В составе последнего содержалось 310 повторов тринуклеотида GAA. В отсутствие лечения *FXN не экспрессировался. Если в опухоль кололи Syn-TEF1, экспрессия гена восстанавливалась, что можно было заметить по свечению флуоресцентного белка-репортера.

Атаксия Фридрейха – только один пример из целой группы наследственных заболеваний, вызванных экспансией тринуклеотидных повторов. Другие ее «коллеги» — это болезнь Хантингтона, синдром хрупкой X-хромосомы, спиноцеребеллярная атаксия и еще десяток синдромов. Мы рассказывали, что одним из подходов к лечению спиноцеребеллярной атаксии является терапия модифицированными олигонуклеотидами, которые, наоборот, подавляют синтез мутантного гена.

Автор: Дарья Спасская