Fremskridt inden for genredigering udvider rækkevidden af CRISPR-teknologier, rapporterer Duke

Et team af ingeniører ved Duke University har udviklet en metode til at udvide rækkevidden af CRISPR-teknologier. Mens det originale CRISPR-system kun kunne målrette mod 12.5% af det menneskelige genom, udvider den nye metode adgangen til næsten alle gener for potentielt at målrette og behandle en bredere vifte af sygdomme gennem genomteknologi.

Forskningen involverede samarbejdspartnere ved Harvard University, Massachusetts Institute of Technology, University of Massachusetts Medical School, University of Zurich og McMaster University.

Dette arbejde udkom den 4. oktober i tidsskriftet Naturkommunikation.

"CRISPR er et fantastisk værktøj til at redigere specifikt DNA, men vi er stadig begrænset til, hvilke gener vi kan redigere," sagde Pranam Chatterjee, adjunkt i biomedicinsk teknik. "Det originale CRISPR-værktøj kunne kun redigere omkring 12.5% af alle DNA-sekvenser baseret på, hvor den specifikke spacer var placeret. Hvis du tilfældigvis har en mutation i den anden 87.5%, ville du være uheldig.

CRISPR-Cas er et bakterielt immunsystem, der gør det muligt for bakterier at bruge RNA-molekyler og CRISPR-associerede (Cas) proteiner til at målrette og ødelægge DNA fra invaderende vira. Siden opdagelsen har forskere løbet for at udvikle et arsenal af nye CRISPR-systemer til anvendelser inden for genterapi og genomteknologi.

For at foretage redigeringer af genomet anvender Cas-proteiner både et RNA-molekyle, som leder enzymet til en målrettet DNA-strækning, og et protospacer tilstødende motiv, eller PAM, som er en kort DNA-sekvens, der umiddelbart følger den målrettede DNA-sekvens og er kræves for at Cas-proteinet kan binde.

Når et guide-RNA finder sin komplementære DNA-sekvens, og Cas-enzymet binder den tilstødende PAM, fungerer enzymet som en saks for at lave et snit i DNA'et, hvilket udløser de ønskede ændringer i genomet. Det mest almindelige CRISPR-Cas-system er Cas9 fra Streptococcus pyogenes-bakterier (SpCas9), som kræver en PAM-sekvens af to guaninbaser (GG) i træk.

I tidligere arbejde brugte Chatterjee og hans team bioinformatikværktøjer til at opdage og konstruere nye Cas9-proteiner, inklusive Sc++, som kun kræver en enkelt guaninbase-PAM for at lave et snit. Denne ændring gjorde det muligt for forskere at redigere næsten 50% af alle DNA-sekvenser.

Samtidig udviklede Chatterjees samarbejdspartnere på Harvard, ledet af Benjamin Kleinstiver, en assisterende professor ved Harvard Medical School, en separat variant kaldet SpRY. Mens SpRY kunne binde til enhver af de fire DNA-baser, der kunne danne PAM'en, havde den en meget stærkere affinitet til adenin og guanin.

Fordi begge systemer havde ulemper, besluttede gruppen at sætte det bedste af begge sammen i en ny variant kaldet SpRyc.

"Med dette nye værktøj kan vi målrette mod næsten 100% af genomet med langt mere præcision," sagde Chatterjee.

Mens SpRYc var langsommere end sine modstykker til at skære mål-DNA-sekvenser, var det mere effektivt end begge de traditionelle enzymer til at redigere specifikke sektioner af DNA. På trods af SpRYc's bredde var den også mere præcis end SpRY.

Efter at have etableret SpRYc's redigeringsmuligheder, undersøgte holdet værktøjets potentielle terapeutiske anvendelser for genetiske sygdomme, der ikke kunne behandles med standard CRISPR-systemet. Deres første test var Rett syndrom, en fremadskridende neurologisk lidelse, der overvejende rammer unge kvinder og er forårsaget af en af otte mutationer til et specifikt gen. Den anden var Huntingtons sygdom, en sjælden, arvelig neurologisk lidelse, der forårsager degeneration af neuroner i hjernen. Holdet fandt ud af, at SpRYc var i stand til at ændre tidligere utilgængelige mutationer, hvilket giver potentielle terapeutiske muligheder for begge sygdomme.

"Der er et stort potentiale med SpRYc, uanset om det er at udforske, hvordan man oversætter det til klinikken eller at finde måder at gøre det endnu mere effektivt," sagde Chatterjee. "Vi ser frem til at udforske vores værktøjs fulde muligheder."

(C) Duke University

Original artikelkilde: WRAL TechWire