Генетическая медицина (или генотерапия) - это терапевтическое использование или манипулирование генами и их экспрессией для облегчения или излечения генетических заболеваний. Разработка лекарственных препаратов, направленных на борьбу с генетическими заболеваниями, уже давно находится в центре внимания ученых. В частности, глаз является ведущим органом для разработки генных терапий, поскольку он физически отделен, легко доступен, имеет привилегированный иммунитет и является постмитотическим органом. Небольшой размер глаза, его разделенная структура также означает ограниченное распространение в другие органы, а низкие дозы могут быть достаточными для терапевтического эффекта. Кроме того, для изучения структуры и функции глаза существует несколько не-инвазивных методов, таких как оптическая когерентная томография (OCT), адаптивная оптическая визуализация, микропериметрия и электроретинограмма (ERG).

Глазная генотерапия началась с создания антисмыслового олигонуклеотида (ASO) fomivirsen для лечения cytomegalovirus (CMV) ретинита и дошла до недавнего одобрения Управлением по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США (FDA) первого окулярного генного препарата voretigene neparvovec-rzyl (Luxturna®) для лечения одной из форм врожденного амавроза Лебера (LCA), доставляемого адено-ассоциированным вирусом (AAV). AAV представляют собой еще одно значительное достижение в области генотерапии и остаются наиболее предпочтительными векторами для разработки терапевтических препаратов благодаря своему профилю безопасности и возможностям трансдукции. Следует отметить и новые технологии доставки, такие как липидные наночастицы, которые в настоящее время расширяют возможности доставки генов в глаза.

В последнее время РНК привлекает большое внимание общественности. Помимо богатой истории, раскрывающей множество функций (рис. 1), эта молекула стала особенно известна благодаря своей нестабильности и преходящей структуре. Поэтому РНК-таргетная терапия оказывается привлекательной альтернативой традиционным геномным методам лечения и предоставляет уникальные возможности и вызовы для развития терапии (Damase et al., 2021).

В разработке лекарственных препаратов все большее распространение получают РНК-мишени, позволяющие осуществлять специфические и обратимые генетические манипуляции, не зависящие от ДНК. Это позволяет избежать необратимых изменений в организме хозяина (Pickar-Oliver and Gersbach, 2019). Хотя стратегии таргетной терапии белков, таких как моноклональные антитела, являются популярным терапевтическим подходом, обладающим аналогичными преимуществами, белковая терапия ограничена "лекарственными" мишенями: только 1,5% генома человека кодирует белок, а 70% - некодирующие РНК (ncRNAs). Таким образом, нацеливание на РНК значительно расширяет терапевтические мишени (Warner et al., 2018). Кроме того, для определения мишени достаточно знать последовательность РНК-мишени. Учитывая эти преимущества, недавно было сообщено, что РНК-инженерия является перспективным кандидатом на то, чтобы стать одним из наиболее значимых достижений науки в XXI веке (Thavarajah et al., 2021).

ASO и РНК-интерференция (RNAi) - это две стратегии, которые были использованы в клинической практике для создания РНК-мишеней. На основе этих стратегий к настоящему времени разработано и одобрено 12 препаратов для лечения различных генетических заболеваний (табл. 1) (Winkle et al., 2021). Несмотря на многообещающие перспективы, производство лекарственных препаратов на основе этих стратегий остается сложным, а при использовании ASO- и RNAi-стратегий по-прежнему требуется осторожный подход, поскольку вне-целевые эффекты могут затрагивать другие важные пути. Доставка также затруднена из-за плохой клеточной трансдукции и цитотоксичности, что требует использования белков-носителей или химических модификаций для разработки терапии (Roberts et al., 2020).

В 2012 году описание программируемой платформы для редактирования генов изменило биотехнологию (Jinek et al., 2012). Технология, известная как кластеризованные регулярно перемежающиеся короткие палиндромные повторы (CRISPR)-CRISPR-ассоциированные (Cas), позволила конструировать нити РНК, нацеленные на разрезание определенных последовательностей ДНК. Последующие исследования привели к открытию исключительно нацеленных на РНК систем CRISPR-Cas, таких как CRISPR-Cas13. Хотя ASO пока экспериментально не сравнивались с системами CRISPR-Cas13 (Palaz et al., 2021), эти системы демонстрируют повышенную эффективность и специфичность по сравнению с RNAi (Abudayyeh et al., 2019; Cox et al., 2017; Zhang et al., 2021b). К настоящему времени системы CRISPR-Cas13 продемонстрировали возможность применения для нокдауна, мультиплексного таргетирования, редактирования оснований и деметилирования при генетических и инфекционных заболеваниях (Chuang et al., 2021b; Cox et al., 2017; Xie et al., 2021). Важно отметить, что системы CRISPR-Cas13 позволяют реализовать все эти возможности с помощью одного вектора-AAV.

В данном обзоре мы описываем появление существующих стратегий целенаправленного воздействия (таргетинга) на РНК, их применение при глазных заболеваниях и существующие проблемы. Затем мы обсуждаем появление CRISPR-Cas и новейших CRISPR-Cas систем, их потенциал в борьбе с глазными заболеваниями и предлагаемые ими решения. Наконец, мы рассматриваем вопросы разработки и коммерциализации новых терапевтических средств, которые будут использованы в будущих работах по генотерапии глазных заболеваний.

Для общего обзора малых молекул, генов и клеток для лечения глазных заболеваний мы отсылаем читателя к недавним прекрасным обзорам по терапии приобретенных глазных заболеваний (Gagliardi et al., 2019; Lin et al., 2020; Tan et al., 2021) и наследственных глазных заболеваний (Britten-Jones et al., 2022; Fenner et al., 2022; Schneider et al., 2021).