התקדמות בעריכת גנים מרחיבה את טווח ההגעה של טכנולוגיות CRISPR, מדווח דיוק
תאריך פרסום:צוות מהנדסים באוניברסיטת דיוק פיתח שיטה להרחבת טווח ההגעה של טכנולוגיות CRISPR. בעוד שמערכת ה-CRISPR המקורית יכלה לכוון רק ל-12.5% מהגנום האנושי, השיטה החדשה מרחיבה את הגישה כמעט לכל גן כדי למקד ולטפל במגוון רחב יותר של מחלות באמצעות הנדסת גנום.
המחקר כלל משתפי פעולה מאוניברסיטת הרווארד, המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, בית הספר לרפואה של אוניברסיטת מסצ'וסטס, אוניברסיטת ציריך ואוניברסיטת מקמאסטר.
עבודה זו הופיעה ב-4 באוקטובר בכתב העת תקשורת טבע.
"CRISPR הוא כלי נהדר לעריכת DNA ספציפי, אבל אנחנו עדיין מוגבלים באילו גנים אנחנו יכולים לערוך," אמר פראנם צ'אטרג'י, פרופסור עוזר להנדסה ביו-רפואית. "הכלי המקורי של CRISPR יכול היה לערוך רק כ-12.5% מכל רצפי ה-DNA בהתבסס על המקום שבו נמצא המרווח הספציפי הזה. אם במקרה יש לך מוטציה ב-87.5% האחר, לא יהיה לך מזל.
CRISPR-Cas היא מערכת חיסון חיידקית המאפשרת לחיידקים להשתמש במולקולות RNA ובחלבונים הקשורים ל-CRISPR (CAS) כדי למקד ולהשמיד את ה-DNA של וירוסים פולשים. מאז גילויו, החוקרים מיהרו לפתח ארסנל של מערכות CRISPR חדשות ליישומים בריפוי גנטי והנדסת גנום.
כדי לבצע עריכות בגנום, חלבוני Cas משתמשים הן במולקולת RNA, המנחה את האנזים לרצועת דנ"א ממוקדת, והן במוטיב פרוטו-ספייסר סמוך, או PAM, שהוא רצף DNA קצר שעוקב מיד אחרי רצף ה-DNA הממוקד והוא נדרש לחלבון Cas להיקשר.
ברגע ש-RNA מנחה מוצא את רצף ה-DNA המשלים שלו והאנזים Cas קושר את ה-PAM הסמוך, האנזים פועל כמו מספריים כדי לבצע חתך ב-DNA, וגורם לשינויים הרצויים בגנום. מערכת CRISPR-Cas הנפוצה ביותר היא ה-Cas9 מחיידקי Streptococcus pyogenes (SpCas9), הדורשת רצף PAM של שני בסיסי גואנין (GG) ברציפות.
בעבודה קודמת, Chatterjee והצוות שלו השתמשו בכלים ביואינפורמטיקה כדי לגלות ולהנדס חלבוני Cas9 חדשים, כולל Sc++, שדורש רק PAM אחד על בסיס גואנין כדי לבצע חתך. שינוי זה איפשר לחוקרים לערוך כמעט 50% מכל רצפי ה-DNA.
במקביל, משתפי הפעולה של צ'אטרג'י בהרווארד, בראשות בנג'מין קליינסטיבר, עוזר פרופסור בבית הספר לרפואה בהרווארד, הנדסו גרסה נפרדת בשם SpRY. בעוד SpRY יכול להיקשר לכל אחד מארבעת בסיסי ה-DNA שיכלו ליצור את ה-PAM, הייתה לו זיקה הרבה יותר חזקה לאדנין ולגואנין.
מכיוון שלשתי המערכות היו חסרונות, הקבוצה החליטה לחבר את הטוב משתיהן יחד לגרסה חדשה בשם SpRyc.
"עם הכלי החדש הזה, אנחנו יכולים למקד כמעט 100% מהגנום בהרבה יותר דיוק", אמר צ'אטרג'י.
בעוד SpRYc היה איטי יותר מקביליו בחיתוך רצפי DNA מטרה, הוא היה יעיל יותר משני האנזימים המסורתיים בעריכת קטעים ספציפיים של DNA. למרות הרחבה של SpRYc, הוא גם היה מדויק יותר מ-SpRY.
לאחר ביסוס יכולות העריכה של SpRYc, הצוות חקר את השימושים הטיפוליים הפוטנציאליים של הכלי עבור מחלות גנטיות שלא ניתן לטפל בהן במערכת CRISPR הסטנדרטית. הבדיקה הראשונה שלהם הייתה תסמונת רט, הפרעה נוירולוגית מתקדמת שמשפיעה בעיקר על נקבות צעירות ונגרמת על ידי אחת משמונה מוטציות בגן ספציפי. השנייה הייתה מחלת הנטינגטון, הפרעה נוירולוגית תורשתית נדירה הגורמת לניוון של נוירונים במוח. הצוות מצא כי SpRYc היה מסוגל לשנות מוטציות שלא היו נגישות בעבר, מה שמספק הזדמנויות טיפוליות פוטנציאליות לשתי המחלות.
"יש הרבה פוטנציאל עם SpRYc, בין אם זה לחקור כיצד לתרגם אותו למרפאה או למצוא דרכים להפוך אותו אפילו יותר יעיל", אמר Chatterjee. "אנו מצפים לבחון את מלוא היכולות של הכלי שלנו."
(ג) אוניברסיטת דיוק
מקור המאמר המקורי: WRAL TechWire