A szuper pontos új CRISPR eszköz számos genetikai betegség kezelésére képes

annak ellenére, hogy a rendkívül népszerű CRISPR–Cas9 génszerkesztő eszköz megváltoztatja a genomokat, még mindig kissé nehézkes és hajlamos a hibákra és a nem kívánt hatásokra. Most egy nemrégiben kifejlesztett alternatíva nagyobb ellenőrzést kínál a genomszerkesztések felett-ez az előrelépés különösen fontos lehet A génterápiák fejlesztése szempontjából.

az alternatív módszer, az úgynevezett elsődleges szerkesztés, javítja annak esélyét, hogy a kutatók csak a kívánt szerkesztéseket végezzék el, nem pedig olyan változások keverékét, amelyeket nem tudnak megjósolni. Az eszköz, amelyet a Nature1 október 21-én közzétett tanulmány ismertet, csökkenti azokat a ‘célon kívüli’ hatásokat is, amelyek a szabványos CRISPR–Cas9 rendszer egyes alkalmazásai számára kulcsfontosságú kihívást jelentenek. Ez biztonságosabbá teheti az elsődleges szerkesztésen alapuló génterápiákat az emberek számára.

úgy tűnik, hogy az eszköz szélesebb körű szerkesztésre is képes, ami egy nap lehetővé teheti annak a sok genetikai betegségnek a kezelését, amelyek eddig akadályozták a génszerkesztőket. David Liu, a massachusettsi Cambridge-i Broad Institute of mit és Harvard kémiai biológusa és a tanulmány vezető szerzője szerint az elsődleges szerkesztés segíthet a kutatóknak a Clinvarban felsorolt több mint 75 000 betegséghez kapcsolódó DNS-variáns közel 90% – ának kezelésében, az Egyesült Államok Nemzeti Egészségügyi Intézete által kifejlesztett nyilvános adatbázisban.

azoknak a változásoknak a sajátossága, amelyekre ez a legújabb eszköz képes, megkönnyítheti a kutatók számára a laboratóriumi betegségmodellek kidolgozását vagy a specifikus gének működésének tanulmányozását-mondja Liu.

“a korai napok, de a kezdeti eredmények fantasztikusnak tűnnek” – mondja Brittany Adamson, aki a New Jersey-i Princeton Egyetemen DNS-javítást és génszerkesztést tanulmányoz. “Látni fogja, hogy sok ember használja.”

előfordulhat, hogy a Prime editing nem képes olyan nagy DNS–beillesztéseket vagy törléseket végrehajtani, amelyekre a CRISPR — Cas9 képes-ezért nem valószínű, hogy teljesen felváltja a jól bevált szerkesztő eszközt-mondja Erik Sontheimer molekuláris biológus a worcesteri massachusettsi Egyetem Orvosi Iskolájában. Ez azért van, mert az elsődleges szerkesztéshez az a változás, amelyet a kutató meg akar tenni, egy RNS-szálon van kódolva. Minél hosszabb lesz ez a szál, annál valószínűbb, hogy a sejtben lévő enzimek károsítják.

“a genomszerkesztő platformok különböző ízeire továbbra is szükség lesz a különböző típusú szerkesztésekhez”-mondja Sontheimer.

de a prime editing pontosabbnak és sokoldalúbbnak tűnik, mint az eddig kifejlesztett CRISPR alternatívák. Ezek közé tartoznak a CRISPR–Cas9 módosított változatai, amelyek lehetővé teszik a kutatók számára, hogy kicseréljék az egyik DNS-betűt a másikra, valamint a régebbi eszközök, például a cink-ujj nukleázok, amelyeket nehéz az egyes kívánt szerkesztésekhez igazítani.

Freedom through control

A CRISPR–Cas9 és az elsődleges szerkesztés egyaránt úgy működik, hogy a DNS-t a genom egy meghatározott pontján vágják le. A CRISPR-Cas9 megszakítja a DNS kettős hélix mindkét szálát, majd a sejt saját javító rendszerére támaszkodik, hogy kijavítsa a károkat és elvégezze a szerkesztéseket. De ez a javító rendszer megbízhatatlan, és képes beilleszteni vagy törölni a DNS betűket azokon a pontokon, ahol a genomot kivágták. Ez a szerkesztések ellenőrizhetetlen keverékéhez vezethet, amely a sejtek között változik.

Ezen túlmenően, még akkor is, ha a kutatók tartalmaznak egy sablont a genom szerkesztésének irányítására, a DNS-javító rendszer a legtöbb sejtben sokkal valószínűbb, hogy ezeket a kicsi, véletlenszerű beillesztéseket vagy törléseket hozza létre, mint egy specifikus DNS-szekvencia hozzáadása a genomhoz. Ez megnehezíti — és bizonyos esetekben szinte lehetetlenné teszi–a kutatók számára, hogy a CRISPR-Cas9-et használják egy DNS-darab felülírására az általuk választott szekvenciával.

az elsődleges szerkesztés megkerüli ezeket a problémákat (lásd ‘precíziós szerkesztő’). Bár a Cas9 — et a specifikus DNS–szekvenciák felismerésére is felhasználja — akárcsak a CRISPR-Cas9 -, az elsődleges szerkesztő eszköz Cas9 enzimje csak egy DNS-szál levágására módosul. Ezután egy reverz transzkriptáz nevű második enzim, amelyet egy RNS-szál vezet, elvégzi a szerkesztéseket a vágás helyén.

az elsődleges szerkesztő enzimeknek nem kell megszakítaniuk a DNS mindkét szálát, hogy változtatásokat hajtsanak végre, felszabadítva a kutatókat attól, hogy a sejt DNS — javító rendszerére támaszkodjanak — amelyet a DNS-javító rendszerre támaszkodnak nem tudja irányítani -, hogy a szerkesztések, hogy akarnak. Ez azt jelenti, hogy az elsődleges szerkesztés lehetővé teheti olyan mutációk által okozott genetikai betegségek kezelésének kidolgozását, amelyeket a meglévő génszerkesztő eszközök nem kezelnek könnyen.

többcélú eszköz

korábban a kutatók, köztük Liu, úgy gondolták, hogy génszerkesztő eszközöket kell kifejleszteniük, amelyek specifikusak a genomban végrehajtani kívánt változások minden kategóriájára: Beillesztések, törlések vagy DNS levél szubsztitúciók. A lehetőségek pedig korlátozottak voltak, amikor pontos helyettesítéseket kellett végrehajtani.

egy régebbi technika, az úgynevezett alapszerkesztés, amely precízen összehasonlítható az elsődleges szerkesztéssel, kémiailag átalakítja az egyik DNS-betűt közvetlenül egy másikba-amit a CRISPR-Cas9 nem tud megtenni -, például egy T-t A-vá vagy egy G-T C-vé konvertál, anélkül, hogy mindkét DNS-szálat megtörne2. A Liu által kifejlesztett alapszerkesztés hasznos lehet az egybetűs mutációk által okozott genetikai betegségek kijavítására, beleértve a sarlósejtes vérszegénység leggyakoribb formáját.

de az alapszerkesztés nem segíthet a többbetűs mutációk, például a Tay-Sachs-kór által okozott genetikai rendellenességekben, amely általában halálos betegség, amelyet általában négy DNS–betű beillesztése okoz a HEXA génbe.

tehát Liu és kollégái egy olyan pontos génszerkesztő eszköz létrehozására törekedtek, amely rugalmasságot és kontrollt biztosított a kutatók számára, hogy többféle szerkesztést végezzenek anélkül, hogy testre szabott rendszereket kellene létrehozniuk. 2018-ban a csapat elsődleges szerkesztésre került: enzimek kombinációja, beleértve a módosított Cas9 enzimet, amely megváltoztathatja az egyes DNS-betűket, törölheti a betűket, vagy betűsorozatot helyezhet be a genomba, a DNS-szálak minimális károsodásával.

“fantasztikus” – mondja Sontheimer. “A bevezethető mutációk szélessége az egyik legnagyobb előrelépés. Ez hatalmas.”

de Liu csapatának és másoknak most gondosan értékelniük kell, hogy a rendszer milyen jól működik a különböző sejtekben és organizmusokban. “Ez az első tanulmány csak a kezdete — nem pedig a vége — annak a régóta tartó törekvésnek az élettudományokban, hogy képesek legyenek bármilyen DNS-változást végrehajtani a szervezet bármely helyzetében” – mondja Liu.