Postęp w edycji genów poszerza zasięg technologii CRISPR, podaje Duke
Data opublikowania:Zespół inżynierów z Duke University opracował metodę poszerzania zasięgu technologii CRISPR. Chociaż pierwotny system CRISPR mógł być ukierunkowany jedynie na 12,5% ludzkiego genomu, nowa metoda zapewnia dostęp do niemal każdego genu, co pozwala na potencjalne ukierunkowanie i leczenie szerszego zakresu chorób poprzez inżynierię genomu.
W badaniach uczestniczyli współpracownicy z Uniwersytetu Harvarda, Massachusetts Institute of Technology, University of Massachusetts Medical School, University of Zurich i McMaster University.
Praca ta ukazała się 4 października w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza.
„CRISPR to świetne narzędzie do edycji określonego DNA, ale nadal mamy ograniczenia co do tego, które geny możemy edytować” – powiedział Pranama Chatterjee, adiunkt Inżynierii Biomedycznej. „Oryginalne narzędzie CRISPR mogło edytować jedynie około 12,5% wszystkich sekwencji DNA w zależności od tego, gdzie znajdował się ten konkretny odstępnik. Jeśli zdarzy ci się mieć mutację w drugim 87.5%, nie będziesz miał szczęścia.
CRISPR-Cas to bakteryjny układ odpornościowy, który pozwala bakteriom wykorzystywać cząsteczki RNA i białka związane z CRISPR (Cas) do namierzania i niszczenia DNA atakujących wirusów. Od czasu jego odkrycia naukowcy ścigali się, aby opracować arsenał nowych systemów CRISPR do zastosowań w terapii genowej i inżynierii genomu.
Aby dokonać zmian w genomie, białka Cas wykorzystują zarówno cząsteczkę RNA, która kieruje enzym do docelowego odcinka DNA, jak i motyw sąsiadujący z protoprzerywnikiem, czyli PAM, który jest krótką sekwencją DNA, która bezpośrednio następuje po docelowej sekwencji DNA i jest wymagane do związania białka Cas.
Gdy kierujący RNA odnajdzie swoją komplementarną sekwencję DNA, a enzym Cas zwiąże sąsiedni PAM, enzym działa jak nożyczki, wykonując nacięcie w DNA, wywołując pożądane zmiany w genomie. Najpopularniejszym systemem CRISPR-Cas jest Cas9 z bakterii Streptococcus pyogenes (SpCas9), który wymaga sekwencji PAM dwóch zasad guaninowych (GG) z rzędu.
W poprzedniej pracy Chatterjee i jego zespół wykorzystali narzędzia bioinformatyczne do odkrycia i skonstruowania nowych białek Cas9, w tym Sc++, które do wykonania cięcia wymagają jedynie jednej zasady PAM guaniny. Ta zmiana umożliwiła badaczom edycję prawie 50% wszystkich sekwencji DNA.
W tym samym czasie współpracownicy Chatterjee z Harvardu, pod przewodnictwem Benjamina Kleinstivera, adiunkta w Harvard Medical School, opracowali oddzielny wariant o nazwie SpRY. Chociaż SpRY może wiązać się z dowolną z czterech zasad DNA, które mogą tworzyć PAM, ma znacznie silniejsze powinowactwo do adeniny i guaniny.
Ponieważ oba systemy miały wady, grupa zdecydowała się połączyć to, co najlepsze z obu, w nowym wariancie o nazwie SpRyc.
„Dzięki temu nowemu narzędziu możemy ze znacznie większą precyzją wycelować w prawie 100% genomu” – powiedział Chatterjee.
Chociaż SpRYc był wolniejszy w cięciu docelowych sekwencji DNA niż jego odpowiedniki, był skuteczniejszy w edytowaniu określonych odcinków DNA niż oba tradycyjne enzymy. Pomimo szerokiego zakresu SpRYc był on również dokładniejszy niż SpRY.
Po ustaleniu możliwości edycji SpRYc zespół zbadał potencjalne zastosowania terapeutyczne tego narzędzia w przypadku chorób genetycznych, których nie można było leczyć za pomocą standardowego systemu CRISPR. Pierwszym testem był zespół Retta – postępujące zaburzenie neurologiczne, które dotyka głównie młode kobiety i jest spowodowane jedną z ośmiu mutacji określonego genu. Drugą chorobą była choroba Huntingtona – rzadkie, dziedziczne schorzenie neurologiczne, które powoduje zwyrodnienie neuronów w mózgu. Zespół odkrył, że SpRYc był w stanie zmienić wcześniej niedostępne mutacje, zapewniając potencjalne możliwości terapeutyczne w przypadku obu chorób.
„SpRYc kryje w sobie duży potencjał, niezależnie od tego, czy chodzi o zbadanie, jak przełożyć go na zastosowania kliniczne, czy znalezienie sposobów na uczynienie go jeszcze bardziej skutecznym” – powiedział Chatterjee. „Nie możemy się doczekać poznania pełnych możliwości naszego narzędzia”.
(C) Uniwersytet Duke'a
Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire