КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 21-74-00019
НазваниеИсследование доставки генетического материала с помощью белка Arc/Arg3.1 в клетки млекопитающих
Руководитель Дурыманов Михаил Олегович, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва
Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология
Ключевые слова Arc/Arg3.1 белок, доставка генов, вирусные векторы, невирусные системы доставки, 3D клеточные культуры, нейробластома, генная терапия
Код ГРНТИ34.15.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Несмотря на привлекательность и перспективность, генная терапия различных заболеваний на настоящий момент является дорогостоящим и рискованным с точки зрения аспектов безопасности и эффективности существующих систем доставки методом терапии. Современные системы доставки генетического материала включают вирусные и невирусные векторы. Применение вирусных систем может быть высокоэффективным, но иммуногенность вирусов сильно ограничивает их широкое применение. С другой стороны, относительно безопасные и биоразлагаемые синтетические векторы на основе липидов и полимеров не так эффективны по сравнению с вирусными частицами. Кроме того, оба типа векторов обладают слабой проницаемостью в тканях-мишенях, что в свою очередь ограничивает распространение доставляемых нуклеиновых кислот в отдалённые от места введения или от сосудов клетки. В начале 2018 года было обнаружено, что эндогенный белок Arc (или Arg3.1) из нейронов способен формировать вирус-подобные капсидные структуры, способные переносить в составе экзосом свою собственную и чужеродную мРНК между разными нейронами в нервной системе млекопитающих. С другой стороны, сами по себе (не в составе экзосом) комплексы белка Arc с мРНК также способны трансфицировать нейроны, преодолевая внутриклеточные барьеры. Наряду с безопасностью для организма человека, вышеперечисленные свойства белка Arc 1) могут помочь улучшить распределение продуктов доставляемого гена в тканях-мишенях, а также 2) делают этот белок перспективным кандидатом для создания геннотерапевтических векторов. В связи с этим, целью данного проекта является исследование возможностей использования белка Arc (Arg3.1) для доставки генетического материала в раковые клетки, что потенциально может быть использовано для генной терапии рака и других заболеваний.
В течение последних десятилетий в мире активно развивается направление генной терапии для лечения различных заболеваний, включая рак. В настоящий момент на сайте clinicaltrials.gov индексировано 350 клинических испытаний подходов генной терапии рака различной локализации. В подавляющем большинстве случаев для доставки генетического материала были использованы вирусные векторы, главным образом, на основе аденовирусов. Несмотря на эффективность, применение носителей генетического материала на основе вирусов пока ещё небезопасно. Существует немало научных работ, сообщающих о тяжёлых побочных эффектах и даже летальных случаях, связанных с иммуногенностью вирусов.
Согласно нашей гипотезе, способность экспрессирующегося в клетках нервной системы белка Arc осуществлять перенос мРНК в составе эндосом между нейронами может быть использована для улучшения распределения продуктов доставляемого гена в Arc-экспрессирующих тканях, например, в опухолях нейробластомы и некоторых типах глиом. Кроме того, ряд полученных в нашей лаборатории предварительных результатов говорит о возможности применения данного свойства Arc для улучшения трансфекции не экспрессирующих этот белок клеток организма. К настоящему времени несколько научных групп активно изучают белок Arc и его роль в нейрональной пластичности. Хотя прикладных исследований использования свойств Arc для доставки нуклеиновых кислот до сих пор не проводилось, в ряде обзоров отмечается перспективность такого рода исследований.
В рамках предлагаемого проекта мы планируем решить несколько задач:
1. Получить и охарактеризовать экзосомы с Arc/мРНК из клеток с его природной экспрессией, а также комплексы рекомбинантного Arc с различными типами нуклеиновых кислот (ДНК, мРНК, миРНК).
2. Протестировать способность комплексов рекомбинантного Arc с различными типами нуклеиновых кислот, а также экзосом с Arc/мРНК трансфицировать Arc-экспрессирующие клетки (нейробластомы и глиомы) и не экспрессирующие Arc клетки (другие раковые линии).
3. Изучение внутриклеточного транспорта комплексов Arc/НК и/или экзосом с Arc/мРНК в клетках нейробластомы и глиомы, а также в неэкспрессирующих Arc клетках.
4. Оценить возможность увеличения эффективности трансфекции клеток путём слияния репортерного гена с геном белка Arc. Оценка эффективности трансфекции раковых клеток нейробластомы будет проведена на моделях in vitro (2D и 3D) и in vivo генетическими конструкциями, содержащими 1) ген GFP и 2) ген GFP, слитый с Arc.
5. Создание генетической конструкции слитого с Arc цитотоксического белка (тимидинкиназы вируса простого герпеса, HSVtk), трансфекция с помощью которой раковых клеток нейробластомы позволит достичь улучшенного противоопухолевого эффекта по сравнению с плазмидой, не содержащей Arc. Испытание конструкций, содержащих HSVtk или Arc-HSVtk, на моделях in vitro (2D и 3D) и in vivo.
Мы ожидаем, что решение упомянутых задач и достижение поставленной цели проекта станет отправной точкой для развития в будущем новой стратегии адресной доставки генов в опухоли.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ