Super-presis nytt CRISPR-verktøy kan takle en mengde genetiske sykdommer

for all den enkle som det populære CRISPR-Cas9 genredigeringsverktøyet endrer genomene, er det fortsatt litt clunky og utsatt for feil og utilsiktede effekter. Nå gir et nylig utviklet alternativ større kontroll over genomredigeringer – et fremskritt som kan være spesielt viktig for å utvikle genterapier.den alternative metoden, kalt prime editing, forbedrer sjansene for at forskere vil ende opp med bare de endringene de vil ha, i stedet for en blanding av endringer som de ikke kan forutsi. Verktøyet, beskrevet i en studie publisert 21. oktober I Nature1, reduserer også ‘off-target’ effekter som er en viktig utfordring for noen applikasjoner av STANDARD CRISPR-Cas9-systemet. Det kan gjøre prime-editing-baserte genterapier tryggere for bruk hos mennesker.

verktøyet virker også i stand til å gjøre et bredere utvalg av redigeringer, som en dag kan tillate det å bli brukt til å behandle de mange genetiske sykdommene som hittil har stymied genredaktører. David Liu, en kjemisk biolog Ved Broad Institute OF MIT og Harvard i Cambridge, Massachusetts og leder studieforfatter, anslår at prime redigering kan hjelpe forskere takle nesten 90% av de mer enn 75.000 sykdomsrelaterte DNA-varianter som er oppført i ClinVar, en offentlig database utviklet av US National Institutes of Health. specificiteten av endringene som dette siste verktøyet er i stand til, kan også gjøre det lettere for forskere å utvikle sykdomsmodeller i laboratoriet, eller å studere funksjonen til bestemte gener, sier Liu.»Det er tidlige dager, men de første resultatene ser fantastisk ut,» sier Brittany Adamson, som studerer DNA-reparasjon og genredigering Ved Princeton University I New Jersey. «Du kommer til å se mange mennesker bruke den.»Prime redigering kan ikke være i stand til å gjøre de veldig store DNA–innleggene eller slettingene SOM CRISPR — Cas9 er i stand til-så det er usannsynlig å erstatte det veletablerte redigeringsverktøyet helt, sier Molekylærbiolog Erik Sontheimer ved University Of Massachusetts Medical School I Worcester. Det er fordi for prime redigering, endringen som en forsker ønsker å gjøre er kodet på en streng AV RNA. Jo lenger strengen blir, desto mer sannsynlig er det å bli skadet av enzymer i cellen.»Ulike smaker av genomredigeringsplattformer vil fortsatt være nødvendig for ulike typer redigeringer,» sier Sontheimer.

men prime redigering synes å være mer presis og allsidig enn andre CRISPR alternativer utviklet så langt. De inkluderer modifiserte versjoner AV CRISPR-Cas9 som gjør det mulig for forskere å bytte UT ETT DNA-brev til en annen, og eldre verktøy som sinkfingernukleaser, som er vanskelige å skreddersy til hver ønsket redigering.

Frihet gjennom kontroll

CRISPR–Cas9 og prime redigering både arbeid ved å kutte DNA på et bestemt punkt i genomet. CRISPR-Cas9 bryter begge trådene I DNA-dobbeltspiralen og stoler deretter på cellens eget reparasjonssystem for å lappe skaden og gjøre endringene. Men det reparasjonssystemet er upålitelig og kan sette inn ELLER slette DNA-bokstaver på punktene der genomet ble kuttet. Dette kan føre til en ukontrollerbar blanding av endringer som varierer mellom celler.i tillegg, selv når forskere inkluderer en mal for å veilede hvordan genomet redigeres, ER DNA-reparasjonssystemet i de fleste celler langt mer sannsynlig å gjøre de små, tilfeldige innleggene eller slettingene enn å legge til en bestemt DNA-sekvens til genomet. Det gjør det vanskelig — og i noen tilfeller nesten umulig — for forskere å bruke CRISPR-Cas9 til å overskrive ett STYKKE DNA med en sekvens av deres valg.

Prime redigering omgår disse problemene(se ‘Precision editor’). Selv om Det også bruker Cas9 til å gjenkjenne spesifikke DNA — sekvenser–akkurat som CRISPR — Cas9 gjør-Er Cas9-enzymet i primredigeringsverktøyet modifisert til nick bare EN DNA-streng. Deretter gjør et andre enzym kalt revers transkriptase og styrt AV en streng AV RNA, redigeringene på kuttstedet.

kan ikke kontrollere — for å gjøre endringene de vil ha. Dette betyr at prime redigering kan muliggjøre utvikling av behandlinger for genetiske sykdommer forårsaket av mutasjoner som ikke er lett adressert av eksisterende genredigeringsverktøy.

et multifunksjonsverktøy

tidligere trodde forskere, inkludert Liu, at de ville trenge å utvikle genredigeringsverktøy som er spesifikke for hver kategori av endring de ønsket å gjøre i et genom: innsettinger, slettinger eller DNA-brevsubstitusjoner. Og alternativene var begrenset når det gjaldt å gjøre presise substitusjoner.

en eldre teknikk, kalt baseredigering, som er sammenlignbar i presisjon til primærredigering, konverterer kjemisk EN DNA — bokstav direkte til en annen–NOE CRISPR — Cas9 ikke kan gjøre-for eksempel å konvertere En T til En A eller En G til En C, uten å bryte BEGGE DNA-strenger2. Utviklet Av Liu, kan baseredigering være nyttig for å korrigere noen genetiske sykdommer forårsaket av enkeltbokstav mutasjoner, inkludert den vanligste formen for seglcelleanemi.men base-redigering kan ikke hjelpe med genetiske lidelser forårsaket av multi-brev mutasjoner Som Tay-Sachs sykdom, en vanligvis dødelig sykdom vanligvis forårsaket av innsetting av fire DNA-bokstaver I HEXA genet.Så Liu og hans kolleger satte seg for å lage et presist genredigeringsverktøy som ga forskere fleksibilitet og kontroll for å gjøre flere typer redigeringer uten å måtte lage skreddersydde systemer. I 2018 slo laget på prime editing: en kombinasjon av enzymer, inkludert et modifisert Cas9-enzym, som kan endre individuelle DNA-bokstaver, slette bokstaver eller sette inn en serie bokstaver i et genom, med minimal skade PÅ DNA-tråder.

«det er fantastisk,» sier Sontheimer. «Bredden av mutasjonene som kan innføres er en av de største fremskrittene. Det er stort.»Men Lius team og andre må nå nøye vurdere hvor godt systemet fungerer i en rekke celler og organismer. «Denne første studien er bare begynnelsen-i stedet for slutten – av en langvarig ambisjon i biovitenskap for å kunne gjøre NOEN DNA-endring i enhver stilling i en organisme,» Sier Liu.