Super-přesné nový CRISPR nástroj by mohl řešit nepřeberné množství genetických chorob

Pro všechny snadnost, s níž se divoce populární CRISPR–Cas9 gene-nástroj pro editaci mění genomy, je stále poněkud neohrabaný a náchylné k chybám a nezamýšlené účinky. Nedávno vyvinutá alternativa nyní nabízí větší kontrolu nad úpravami genomu-pokrok, který by mohl být zvláště důležitý pro vývoj genových terapií.

alternativní metoda, nazvaná prime editing, zvyšuje šance, že výzkumníci skončí pouze s úpravami, které chtějí, namísto kombinace změn, které nemohou předvídat. Nástroj, popsaný ve studii zveřejněné dne 21. října v Nature1, také snižuje off-cíl účinky, které jsou klíčovou výzvou pro některé aplikace standardní CRISPR–Cas9 systém. Díky tomu by genová terapie založená na primárních úpravách mohla být bezpečnější pro použití u lidí.

nástroj také se zdá schopen vytvářet širší škálu úprav, které by jednoho dne mohla být použita k léčbě mnoha genetických chorob, které mají zatím zadrhla gen-editorů. David Liu, chemické biolog na Broad Institute of MIT a Harvardu v Cambridge, Massachusetts a vedoucí autor studie, odhaduje, že prime editace může pomoci výzkumným pracovníkům řešit téměř 90% z více než 75.000 onemocnění spojené s DNA variant, jsou uvedeny v ClinVar, veřejné databáze vyvinut v USA National Institutes of Health.

specifičnost změny, které tento nejnovější nástroj je schopen se mohl také dělat to jednodušší pro výzkumníky vyvinout modely onemocnění v laboratoři, nebo studovat funkci specifických genů, říká Liu.

„je to brzy, ale počáteční výsledky vypadají fantasticky,“ říká Brittany Adamson, která studuje opravu DNA a úpravu genů na Princetonské univerzitě v New Jersey. „Uvidíte mnoho lidí, kteří ji používají.“

Prime editace nemusí být schopen, aby se velmi velký DNA insercí nebo delecí, že CRISPR–Cas9 je schopna — takže je nepravděpodobné, že zcela nahradí dobře zavedený nástroj pro editaci, říká molekulární biolog Erik Sontheimer na University of Massachusetts Medical School v Worcester. Je to proto, že pro primární editaci je změna, kterou chce výzkumník provést, zakódována na řetězci RNA. Čím déle se tento pramen dostane, tím je pravděpodobnější, že bude poškozen enzymy v buňce.

„pro různé typy úprav budou stále zapotřebí různé příchutě platforem pro úpravu genomu,“ říká Sontheimer.

ale hlavní editace se zdá být přesnější a univerzálnější než jiné dosud vyvinuté alternativy CRISPR. Patří mezi ně upravené verze CRISPR-Cas9, které umožňují vědcům vyměnit jedno písmeno DNA Za druhé, a starší nástroje, jako jsou nukleázy zinkových prstů, které je obtížné přizpůsobit každé požadované úpravě.

Svoboda prostřednictvím kontroly

CRISPR-Cas9 a primární editace obě práce řezáním DNA v určitém bodě genomu. CRISPR–Cas9 přeruší oba řetězce dvoušroubovice DNA, a pak se spoléhá na buňky vlastní opravy systému, oprava poškození a provést úpravy. Ale tento opravný systém je nespolehlivý a může vkládat nebo mazat písmena DNA v místech, kde byl genom vyříznut. To může vést k nekontrolovatelné směsi úprav, které se liší mezi buňkami.

kromě toho, i když vědci zahrnují šablony pro průvodce, jak genom je upraven tak, DNA opravy systému ve většině buněk je daleko více pravděpodobné, aby se ty malé, náhodné inzerce nebo delece, než přidat specifické sekvence DNA do genomu. To vědcům ztěžuje — a v některých případech téměř nemožné — použití CRISPR-Cas9 k přepsání jednoho kusu DNA sekvencí podle jejich výběru.

Prime editing obchází tyto problémy (viz ‚Precision editor‘). Ačkoli to také používá Cas9 rozpoznat specifické sekvence DNA — stejně jako CRISPR–Cas9 — enzym Cas9 v hlavní editační nástroj je upraven tak, aby nick pouze jeden řetězec DNA. Poté druhý enzym zvaný reverzní transkriptáza a vedený řetězcem RNA provede úpravy v místě řezu.

prime editace enzymů se nemusíte zlomit obě vlákna DNA, aby se změny, uvolnění výzkumníci spoléhat na buněčnou DNA opravy systému, který nemohou kontrolovat — aby se úpravy, které chtějí. To znamená, že primární editace by mohla umožnit vývoj léčby genetických onemocnění způsobených mutacemi, které nejsou snadno řešeny stávajícími nástroji pro úpravu genů.

víceúčelový nástroj

Dříve, vědci, včetně Liu, si myslel, že budou muset vyvinout gen-editační nástroje specifické pro každou kategorii změnit, chtěli, aby se v genomu: inzerce, delece nebo DNA dopis substituce. A možnosti byly omezené, pokud jde o přesné náhrady.

starší techniku, nazývá základní úpravy, která je srovnatelná s přesností na prime úpravy, chemicky převádí jeden DNA dopis přímo do jiného — něco CRISPR–Cas9 nemůže dělat — například převod a T k A nebo G na C, aniž by se zlomil obě DNA strands2. Úprava báze, kterou vyvinul Liu, by mohla být užitečná pro korekci některých genetických onemocnění způsobených jednopísmennými mutacemi, včetně nejběžnější formy srpkovité anémie.

Ale základní úpravy nemůže pomoci s genetické poruchy způsobené multi-dopis mutace, jako je Tay–Sachs nemoc, a obvykle fatální onemocnění obvykle způsobeny vložením čtyř písmen DNA do HEXA gen.

Takže Liu a jeho kolegové se vytvořit přesný gen-editační nástroj, který dal výzkumníkům flexibilitu a kontrolu, aby se více typů úpravy, aniž by museli vytvořit na míru systémů. V roce 2018 tým zasáhl do hlavní úpravy: kombinace enzymů, včetně modifikovaného enzymu Cas9, které by mohly změnit jednotlivé DNA písmena, odstranit dopisy, nebo vložit řadu dopisů do genomu, s minimálním poškozením DNA.

„je to fantastické,“ říká Sontheimer. „Šířka mutací, které lze zavést, je jedním z největších pokroků. To je obrovský.“

ale Liuův tým a další budou nyní muset pečlivě vyhodnotit, jak dobře systém funguje v různých buňkách a organismech. „Tato první studie je jen začátkem-spíše než koncem-dlouhodobé touhy v biologických vědách, aby bylo možné provést jakoukoli změnu DNA v jakékoli poloze v organismu,“ říká Liu.