DNA'yı kesmeyen CRISPR nihayet doğdu! Böbrek hastalığı ve diyabet gibi yaygın hastalıkların üstesinden gelmesi bekleniyor
Son yıllarda, bilim adamları gen düzenleme teknolojisini keşfetmeye devam ederken, çinko parmak endonükleaz (ZFN) ve TALEN teknolojisi keşfedildi ve uygulandı. Süre CRISPR-Cas Sistem keşfedildikten sonra, basit çalışması, hassas DNA hedeflemesi ve kesme işlevleri nedeniyle biyologlar tarafından moleküler sentez ve klinik tedavide büyük umutlar verildi. Hatta tüm yaşam bilimleri alanının yıkılmasına neden olduğu düşünülmektedir. .
Ancak çift sarmalları açmak için DNA'yı düzenlemek, koruyucu önlemler olmaksızın genetik bilgiye "kapıyı açmak" ile eşdeğerdir Öngörülemeyen gen mutasyonlarının genoma rastgele yerleştirilmesi ve aynı zamanda hedef dışı etkiler nedeniyle olması muhtemeldir. CRISPR-Cas sistemi yanlış bölgeyi kestiğinde veya yerleştirdiğinde, proto-onkojenlerin ekspresyonunu tetiklemesi çok muhtemeldir, bu da sonunda kansere yol açacak ve geri dönüşü olmayan hasara neden olacaktır.
Şekil | CRISPR-Cas9 TGA Sistemine Giriş
Bugün Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Salk Enstitüsü'nden araştırmacılar buna farklı bir yaklaşım sergilediler ve CRISPR-Cas9 sistemini düzenlediler. Ve yalnızca kesin gen konumlandırma işlevini kullanın, düzenleme yapmadan yalnızca belirli belirli genleri hedefleyin, sessiz genlerin ifadesini DNA'nın bütünlüğünü bozmadan etkinleştirin ve ilgili biyolojik özellikleri gerçekleştirmek için epigenetik modifikasyon teknolojisini kullanın. Düzelt.
Bu araştırma, epigenetiği hedefleyen CRISPR-Cas9 sistemini canlı organizmalarda (farelerde) sessiz gen aktivasyonuna uygulayan ilk araştırmadır. , Genetik kusur düzeltme ve hücre fonksiyonu tipi indüksiyon farklılaşması , Farelerde tip I diyabet, böbrek hasarı ve Duchenne kas distrofisi (DMD) için önemli terapötik etkiler vardır.İlgili araştırma detayları Cell'in 7 Aralık sayısında yayınlandı.
" Çok yaratıcı, gelecekte geniş ve kapsamlı bir etkiye sahip olması muhtemel ", projenin ABD'deki Scripps Araştırma Enstitüsü'nden ünlü bir genetikçi olan Eric Topol tarafından değerlendirilmesidir," Bu sistem ayrıca gelecekte belirli ilaçların geliştirilmesinde büyük bir potansiyele sahiptir. "
CRISPR sistemine giriş
Genel olarak konuşursak, CRISPR-Cas9, gen düzenleme işlevini yerine getirmek için iki önemli kısımdan, gRNA ve Cas9 DNA kesme enziminden oluşur. GRNA, mühendislik komutanı gibidir, hedef konumu keşfeder ve Cas9 makasını hedef diziyi kesmeye yönlendirir.
" DNA'yı düzenlemek için CRISPR-Cas9 sistemini kullanma konusunda, zararlı ve yanlış genlerin girişinden nasıl kaçınılacağı her zaman bu teknolojinin darboğazı olmuştur. Çalışmanın ilgili yazarı Juan Carlos Izpisua Belmonte, eski bir genetik hatayı düzelterek yeni bir gen mutasyonu meydana gelirse, kurdu uzaklaştırıp kaplana habercinin söylenebileceğini söyledi.
Akıllı bilim adamları yakında fark etti ki Genetik bir hatayı düzeltmek için "en iyiyi seçmek" için bu sistemin işlevini kullanmak mümkün olabilir. "Çimleri ve kökleri kesmek" zorunda değildir. "Silahsızlandırmak" da uygulanabilir bir düşünme biçimidir. .
Şekil | Bilimde rüzgar ve dalgalara binen bilim adamları
CRISPR-Cas9 TGA (hedef gen aktivasyonu) adı verilen bu sistem, CRISPR-Cas9 sisteminin düzenlenmesine dayanmaktadır, böylece Cas9, ekleme işlevini kaybeder ve yalnızca belirli transkripsiyon bileşenlerini alarak genomdaki belirli genleri doğru bir şekilde bulabilir ( Yani, sessiz genlerin ifadesini harekete geçiren moleküler anahtar) - gen sihirli kesimi "etkisiz hale getirilir" ve belirli genlerin geçişini düzenleyen ve epigenomdan biyolojik özellikleri etkileyen odaklanmış bir "vurgulama kalemi" haline gelir.
Genel deney Cas9'u inaktive etmektir. Bu deney gRNA'yı inaktive etmektir. Modifikasyondan önceki gRNA ile karşılaştırıldığında (20-22 nükleotid), inaktive edilmiş gRNA sadece 14 nükleotid uzunluğundadır. İnaktive edilmiş gRNA Cas9 yine de belirli bir sırayla konumlandırılabilir, ancak Cas9'un hala bir kesme işlevi olmasına rağmen, diziyi kesmez.
Epigenetik, postgenetik olarak da bilinen epigenetik (epigenetik), biyoloji ve spesifik genetik alanında, araştırması DNA dizisini değiştirmeden belirli mekanizmalar yoluyla gen ekspresyonuna veya gen ekspresyonuna neden olmaktır. Hücre fenotipindeki değişiklikler.
Peki tüm bunlardan sonra deneyin etkisi nedir?
Araştırma ekibi, düzenlenmiş dgRNA'yı (inaktive edilmiş gRNA) ve transkripsiyon aktivatörünü (moleküler anahtar) farelere (deneyde kullanılan fareler) enjekte etmek için vektör olarak adeno ilişkili virüsleri (AAV'ler) kullandı. Cas9 ifade edilebilir ve CRISPR-Cas9 TGA sistemi daha sonra belirli bölgeleri belirleyecek ve hedeflenen genlerin transkripsiyonel ifadesini indükleyecektir. Sistem, çift sarmallı kırılmalar ve mutasyonlar oluşturmadan epigenetiği düzenlemek için kullanılabilir, böylece farklı genlerin ve genetik yolların aktivasyonunda güvenle kullanılabilir.
Ekip daha sonra sistemin işlevini çeşitli hastalıklardan in vivo doğruladı ve etki çok önemliydi. Farelerde akut nefrit tedavisinde, araştırmacılar, deneyler yoluyla, teknolojinin daha önce hasar görmüş genlerin veya susturulmuş genlerin ifadesini aktive ederek normal böbrek fonksiyonunu geri yükleyebileceğini kanıtladılar.
Tip I diyabet hastaları için, insülin üretmekten sorumlu pankreas beta hücreleri, bir otoimmün yanıtla yok edilir, bu nedenle pankreas, kan şekerini baskılamak için tekrar insülin salgılayamaz. Araştırmacılar, başka yerlerden insülin üretmek için hücre fabrikalarını "ödünç almaya" çalıştılar, bu nedenle, Pdx'in ekspresyonunu etkinleştirmek için moleküler anahtarları görevlendirmek için inaktive edilmiş dgRNA kullanarak bazı karaciğer hücrelerini uyarmaya çalıştılar ve onları insülin benzeri hücrelere farklılaştırmaya çalıştılar - yani, insülin sentezleyebilirler. , Farelerde tip I diyabet semptomlarını bir dereceye kadar hafifletti.
Pennsylvania'daki Perelman Tıp Fakültesi'nden bir klinik bilim adamı olan Kirk Wangensteen, "On yıldan fazla bir süredir, birçok laboratuvar işlevsel hücre tiplerini değiştirmeye çalışıyor" dedi. Bilim adamlarının hücrelerin kimliğini hangi faktörlerin belirlediğini anlamaları için bu araştırma büyük önem taşıyor.
Şekil | Tedavi edilen farelerin kas lifleri (sağda) kontrol grubundan (solda) önemli ölçüde daha büyüktür
Aynı zamanda araştırma ekibi, sistemlerini Duchenne kas distrofisini simüle eden kas atrofisi farelerinde de test etti. Duchenne kas distrofisine, distrofin genindeki mutasyonlar neden olur. Gen, virüsün yüklenemeyeceği kadar büyük olduğu için, geleneksel gen terapisi hastalık için işe yaramaz. Ancak araştırmacılar, bu yoldaki başka bir geni aktive ederek, follistatin'in kas artışı etkisini de sağlayabildiğini buldular.Bu çalışmada, bu sistemle tedavi edilen farelerin kas kütlesi, kontrol grubuna göre önemli ölçüde daha yüksekti.
Belmonte, "Geni onarmadık. Bu mutasyon hala var," dedi. "Aksine, epigenetikle başlıyoruz ve farelerde aynı yoldaki diğer genlerin ifadesini eski haline getiriyoruz. Bunlar kas disfonksiyonuna neden olmak için yeterlidir. Farelerin oranı normale döndü. "
Epigenomu düzenlemek için CRISPR sisteminin kullanımı, Salk Enstitüsü'ndeki bilim adamları tarafından başlatılmadı, ancak sistemin güvenliğini ve uygulanabilirliğini ilk kez in vivo olarak doğruladılar. Farelerden insanlara gitmek için hala uzun bir yol olsa da, bu adımın başarısı şüphesiz çok önemli bir adımdır.
Gelecekte ekip, daha sonraki insan denemeleri için bir temel oluşturmak üzere güvenlik, çalışabilirlik ve verimlilik açısından daha fazla doğrulamalar gerçekleştirecek.
Belmonte ayrıca bu sistemi nörolojik bozuklukların (Alzheimer hastalığı ve Parkinson hastalığı gibi) tedavisi için güçlü bir araç olarak görüyor. Belki de gelecekte epigenetik modifikasyonlara dayalı CRISPR-Cas9 sistemi, gen terapisinin gelişimini hızlandırabilir ve daha da iyi hale getirebilir. Daha güvenli ve daha hızlı, O gün aynı zamanda CRISPR-Cas sisteminin hayatı gerçekten bozacağı gün olacak.
