Zhang Feng'in ekibi bugün "Science" da yayınlanacak, yeni RNA düzenleme teknolojisi CRISPR araç setini yükseltecek
Bu sabah erken saatlerde "Science" dergisi, Massachusetts Institute of Technology ve Harvard University Broad Institute'tan Zhang Feng'in ekibinin son makalesini yayınladı. Daha önce imkansız olan tek RNA bazlarını gerçekleştirebilen RESCUE adlı yeni bir CRISPR gen düzenleme teknolojisi geliştirdiler. Düzenle.
Özellikle, Zhang Feng'in ekibi, kopyalanmış RNA'daki sitozin bazlarını (C) hedeflemek için RESCUE'ya rehberlik etmek için dCas13'ü kullandı ve istenmeyen sitozin bazlarını (C) çıkarmak için yeni ve geliştirilmiş bir ADAR2 enzimi kullandı. Kesin olarak onu urasil bazına (U) modifiye edin, böylece RNA'nın sırasını değiştirerek DNA'yı değiştirmeden proteini değiştirme hedefine ulaşın.
RESCUE, fosforilasyon siteleri gibi modifiye edilebilen proteinlerdeki belirli pozisyonlar dahil olmak üzere, RNA düzenleme alanında CRISPR teknolojisinin uygulamasını büyük ölçüde genişletmiştir. Bu siteler proteinlerin işlevinde, özellikle sinyal molekülleri ve kanserle ilişkili yolaklarda belirleyici bir rol oynar.
"Hastalığa neden olan gen mutasyonlarının çeşitliliğini tedavi etmek için seçmemiz gereken bir dizi hassas teknolojiye ihtiyacımız var. Bu yeni enzimi geliştirip CRISPR'ın programlanabilirliği ve hassasiyeti ile birleştirerek, CRISPR araç kutusunu dolduruyoruz. Süreçte önemli bir boşluk. Profesör Zhang Feng dedi.
Büyüyen bir CRISPR araç seti
Ökaryotların genomu milyarlarca DNA bazından oluşur Hedef geni kesin olarak hedeflemek ve bu DNA baz dizilerini değiştirmek, moleküler biyoloji ve tıbbın gelişimi için büyük değer taşımaktadır. Bilim adamlarının gen düzenleme için ilk çabası olan viral transfeksiyon yoluyla gen fragmanlarını hedef genoma yerleştirmeye aşinayız. Bununla birlikte, böyle bir gen düzenleme yöntemi zaman alıcıdır ve yoğun emek gerektirir ve amaçlanan amaca tam olarak ulaşmak zordur.
30 yıldan daha uzun bir süre önce, bilim adamları düzenli aralıklarla bakterilerde bir dizi kısa palindrom tekrarı keşfetti ve bu tekrar dizisinin bakterileri virüslere karşı bağışık hale getirebileceğini keşfetti. 2001 yılında, İspanyol bilim adamı Francisco Mojica resmen CRISPR adını verdi.
2012'de, Berkeley'deki California Üniversitesi'nden yapısal biyolog Jennifer Doudna (Jennifer Doudna) ve İsveç Umeå Üniversitesi'nden Emmanuelle Charpentier adlı iki kadın bilim adamı CRISPR / Cas, bir gen düzenleme sistemi olarak kullanılır.
Daha sonra, Harvard Tıp Fakültesi'nden George Church, Broad Institute of Massachusetts Institute of Technology'den Zhang Feng ve San Francisco'daki California Üniversitesi Sistemler ve Sentetik Biyoloji Merkezi'nden Qi Lei (şu anda Stanford Üniversitesi'nde) sırasıyla üç makale yayınladı. CRISPR / Cas gen düzenleme sistemi ilk kez memeli hücrelerine başarıyla uygulandı.
Resim | Profesör Zhang Feng (Kaynak: MIT Technology Review)
CRISPR / Cas'ın ortaya çıkışı, tüm gen düzenleme alanının patlayıcı gelişimine yol açtı ve hastalıkla ilgili gen mutasyonlarını değiştirme yeteneğimizi tamamen değiştirdi.
CRISPR genom düzenleme aracının 2012'de resmi olarak ortaya çıkmasından bu yana, 9.000'den fazla ilgili araştırma makalesi yayınlandı. Çok sayıda bilim insanı, CRISPR / Cas gen düzenleme sistemini geliştirmeye devam ediyor, tek bir "gen makasından" çok işlevli bir "gen araç kitine" genişletiyor; Cas9 ve Cas12 enzimleri, RNA'yı hedefleyen DNA ve Cas13 enzimleri dahil. Sürekli artan CRISPR / Cas sistemi aynı zamanda heyecan verici ve geniş uygulama olanakları göstermektedir.
Bununla birlikte, DNA'nın düzenlenmesi ve değiştirilmesi, genomda geri döndürülemez ve kalıcı değişiklikler anlamına gelir.Bu süreç de şu anda kaçınılmaz güvenlik riskleri ve etik sorunlarla karşı karşıyadır. Ek olarak, nöronlar gibi bazı hücre türlerinin, DNA'yı modifiye etmek için CRISPR / cas9 aracılı düzenlemeyi kullanmak zordur, bu da nörolojik hastalıklar için gen terapisinin uygulanmasını sınırlar.
Bu nedenle, bilim adamları tarafından yalnızca RNA'yı düzenleyen ve değiştiren bir gen düzenleme stratejisi önerilmiştir.
DNA, genetik bilginin taşıyıcısıdır ve RNA, DNA transkripsiyonunun bir ara ürünü olarak, aşağı akış proteinlerinin üretimine rehberlik etmekten sorumludur. Bu nedenle, hastalıkla ilgili gen mutasyonları için, RNA mutasyonları yalnızca geçici olarak modifiye edilir, bu sadece genomun geri döndürülemez modifikasyonunu önlemekle kalmaz, aynı zamanda mutant proteinlerin düzeltilmesini de sağlar.
Yepyeni KURTARMA sistemi
Zhang Fengin ekibi 2017'de RNA düzenleme için yeni bir CRISPR sistemi yayınladı: Bilimde TAMİR. Bu RNA düzenleyicide, araştırmacılar, RNA'yı verimli bir şekilde hedefleyen Cas13b proteinini ADAR2 enzimi ile birleştirdi. Aynı zamanda, ONARIM düzenleme sistemi spesifik bir RNA pozisyonuna yönlendirilir ve RNA üzerindeki adenin bazı (A), yapısal olarak guanin bazına (G) benzer olan inosine (I) spesifik olarak modifiye edilir.
Hücreler için inosin, guanin bazlarına çok benzer ve guanin gibi normal fizyolojik fonksiyonlara sahip proteinleri sentezleyebilir. Bu nedenle, ONARIM düzenleme sistemi, RNA'daki adenin (A) 'nın etkili bir tek tabanlı düzenlemesine eşdeğerdir.
ONARIM düzenleme sisteminden geliştirilmiş ve yükseltilmiş yeni KURTARMA düzenleme sistemi, RNA'daki sitozin bazlarını (C) urasil bazlarına (U) doğrudan değiştirebilir. RESCUE düzenleme sistemi herhangi bir RNA'ya yönlendirilebilir ve ardından RNA düzenleme görevini C'den U'ya optimize edilmiş ADAR2 bileşen platformu aracılığıyla yürütebilir.
Şekil | C tabanından U tabanına ve A tabanından I'e şematik diyagram (Kaynak: Bilim)
Yeni yayınlanan makalede, araştırmacılar bu yeni platformu insan hücrelerine de uyguladılar.Laboratuvarda sentetik RNA'da etkin bir şekilde modifiye edilen 24 klinik olarak ilgili mutasyon gibi, RESCUE düzenleme sistemi de insan hücrelerindeki doğal RNA'yı başarıyla hedef aldı.
Araştırmacılar, hedefin dışındaki düzenlemeyi azaltmak ve hedef içindeki düzenlemenin müdahalesini en aza indirmek için RESCUE düzenleme sistemini daha da optimize edeceklerini söylediler.
RESCUE düzenleme sisteminin doğuşu, fosforilasyon, glikosilasyon ve metilasyon gibi birçok proteinin aktivitesini ve işlevini düzenleyen çeviri sonrası değişikliklerin artık düzenleme için daha kolay hedeflenebileceği anlamına geliyor.
RESCUE düzenleme sisteminin uygulama potansiyelini doğrulamak için araştırmacılar, insan hücre deneylerinde RESCUE düzenleme sisteminin -katenin kodlayan proteini doğru bir şekilde hedefleyebileceğini doğruladı (-katenin proteininin protein fosforilasyonunda önemli bir rol oynadığı bilinmektedir) RNA özel bölgesi,-katenin protein aktivitesinde geçici bir artışa neden olur ve hücre büyümesini destekler.
Bu tür değişiklikler kalıcı ise, hücrelerin kontrolsüz bir şekilde büyümesine ve kansere dönüşmesine neden olabilir. Ancak şimdi RESCUE düzenleme sistemini kullanarak, kısa vadeli hücre büyümesi yara iyileşmesini hızlandırabilir ve akut yaralanmalara yanıt verebilir.
Şekil | RESCUE düzenleme sisteminde Cas13 (pembe) enzimi, hücrede RNA'yı (mavi) bulmak için kılavuzu (kırmızı) kullanır (Kaynak: Stephen Dixon)
Ek olarak, araştırmacılar ayrıca hastalığa neden olan bir gen varyantı APOE4'e odaklandılar. APOE4 aleli, geç başlangıçlı Alzheimer hastalığının başlangıcı için her zaman genetik bir risk faktörü olmuştur APOE4'ten yalnızca iki baz olan APOE2 (APOE4'te iki baz C, APOE2'de iki U bazına karşılık gelir). ), ancak Alzheimer hastalığı için bir risk faktörü değildir.
Bu nedenle, Zhang Feng'in ekibi, hastalık riskiyle ilgili APOE4 RNA'yı hücreye tanıttı ve APOE4'teki iki temel C'yi, RESCUE düzenleme sistemi aracılığıyla APOE2 dizisine başarıyla değiştirdi. Bu, esasen APOE4 genini taşıyan Alz'e eşdeğerdir. Haimer hastalığına yakalanma riski yüksek olan kişiler için risk sıfıra döner.
RESCUE düzenleme sistemini yaygın olarak kullanılan bir araç olarak kullanmak ve klinik uygulamasını daha iyi tanıtmak için Zhang Feng'in laboratuvarı, RESCUE düzenleme sistemini akademik toplulukla ücretsiz olarak paylaşmayı planlamaktadır.Bunun öncesinde geliştirdikleri CRISPR araçları da kullanılmıştır. Akademik araştırmalarda bilim adamları tarafından ücretsiz olarak paylaşılır.
