Istraživači proširuju moć uređivanja gena razvijanjem nove klase urednika DNA baze

(Croatian) THRIVE: What On Earth Will It Take? (Srpanj 2019).

Anonim

Znanstvenici na Sveučilištu Harvard i Široki institut MIT-a i Harvarda razvili su novu klasu alata za uređivanje genoma. Ovaj novi "urednik baze" može izravno popraviti vrstu pojedinačnih promjena u ljudskom genomu koji čine oko polovicu mutacija točaka povezanih s ljudskim bolestima. Ove mutacije povezane su s poremećajima koji se kreću od genetske sljepoće do anemije srpastih stanica do metaboličkih poremećaja do cistične fibroze.

Istraživački tim, kojeg je vodio David Liu, profesor kemije i kemijske biologije na Sveučilištu Harvard, član jezgrenog instituta na Broad Institutu, i istraživač HHMI-a (HHMI) razvili su molekularni stroj koji može pretvoriti DNA bazni par A * T do G * C, bez rezanja dvostrukog spirala, s visokom učinkovitošću i praktički bez neželjenih proizvoda. Razvoj je važan dodatak sve većem broju alata za uređivanje genoma.

Novi sustav opisan je u radu objavljenom danas u prirodi. Pored Liua, istraživanje je vodilo Nicole Gaudelli, postdoktorski suradnik u Liuovu laboratoriju; Alexis Komor, bivši doktorski suradnik u Liuovu laboratoriju koji je sada docent na UCSD-u; diplomant Holly Rees; bivših diplomiranih studenata Michaela Packera i Ahmed Badran, te bivšeg postdoktorskog kolege David Bryson.

Novi sustav, nazvan Adeninov ured za baze, ili ABE, može se programirati da cilja određeni par bazu u genomu koristeći RNA vodilicu i modificirani oblik CRISPR-Cas9. Djeluje preraspodjelom atoma u ciljnom adeninu (A) - jednoj od četiri baze koja čini DNK - da umjesto toga podsjeća gvanin (G), a potom curi stanice u fiksirajući drugi DNA lanac kako bi dovršio konverziju baznog para, što čini trajna promjena. Kao rezultat, ono što je nekada bilo A * T osnovni par postaje G * C bazni par.

Ne samo da je sustav vrlo učinkovit u usporedbi s drugim tehnikama za uređivanje genoma za ispravljanje točkastih mutacija, ali gotovo da nemaju otkrivene nusprodukte kao što su slučajni umetanja, brisanja, translokacije ili druge pretvorbe baze do baze.

Izrada ove specifične promjene je važna jer približno polovica od 32.000 muških mutacija povezanih s bolesti povezanih s istraživačima već je identificirana kao promjena od G * C do A * T.

"Razvili smo novog urednika baze - molekularnog stroja - koji u programabilnom, nepovratnom, učinkovitom i čistom načinu mogu ispraviti ove mutacije u genomu živih stanica", rekao je Liu, koji je također profesor i redatelj Richard Merkina. Merkin Institut za transformativne tehnologije u zdravstvu na širem području. "Kada je ciljano na određena mjesta u ljudskoj genomskoj DNK, ta pretvorba poništava mutaciju koja je povezana s određenom bolesti".

ABE se pridružio drugim sustavima za uređivanje baze u Liuovom laboratoriju, kao što je BE3 i njegova poboljšana inačica, BE4. Koristeći ove urednike baze, istraživači sada mogu ispraviti sve tzv. "Tranzicijske" mutacije: C do T, T do C, A do G ili G do A, koje zajedno čine gotovo dvije trećine svih točki uzrokovanih bolesti uključujući i mnoge koji uzrokuju ozbiljne bolesti za koje ne postoji trenutni tretman. Potrebno je dodatno istraživanje, piše Liu, kako bi ABE mogla ciljati što veći broj genoma, kao što su Liu i njegovi učenici prethodno postigli kroz inženjerske varijante BE3.

Razvoj novog baznog urednika započeo je kada je tim započeo dugogodišnji napor da se razvije novi enzim koji bi mogao pretvoriti adenin u inozin (I), nukleotid koji se ponaša slično kao i za sintezu DNA ili RNA. Projekt, kojeg je vodio Gaudelli, u konačnici je rezultirao ABE-ima visokih performansi, sedmoj generaciji.

"Glavni izazov za mene tijekom razvoja ABE bio je prevladavanje psihološke prepreke da li ili ne ABE može ići od koncepta do stvarnosti, jer ključna komponenta urednika nije postojala prirodno i morala se razviti u našem laboratoriju", rekao je Gaudelli. "Bilo je važno zadržati vjeru da ne samo da možemo sanjati o takvom molekularnom stroju nego i izgraditi."

Kako bi demonstrirali ABE-ov potencijal, Liu i njegovi kolege prvo su koristili ABE kako bi izravno ispravili mutaciju koja uzrokuje nasljednu hemokromatozu (HHC) u ljudskim stanicama.

Također su koristili ABE da instaliraju mutaciju u ljudskim stanicama koje potiskuju bolest, rekreirajući takozvanu "britansku mutaciju" koja se nalazi u zdravih pojedinaca koji bi normalno razvili bolesti krvi poput anemije srpastih stanica, ali umjesto toga imaju mutaciju koja uzrokuje fetalne hemoglobinske gene ostaju aktivni nakon rođenja, štiteći ih od krvnih bolesti.

Iako je razvoj ABE-a uzbudljiv korak naprijed u uređivanju baze, još više ostaje posao prije nego što se uređivanje baze može koristiti za liječenje bolesnika s genetskim bolestima, uključujući testove sigurnosti, učinkovitosti i nuspojava.

"Stvaranje stroja koje čini genetsku promjenu koju trebate liječiti bolest važan je korak naprijed, ali to je samo jedan dio onoga što je potrebno za liječenje pacijenta", rekao je Liu. "Još moramo isporučiti taj stroj, moramo testirati njegovu sigurnost, moramo procijeniti njezine blagotvorne učinke na životinjama i pacijentima te ih težiti protiv nuspojava - moramo učiniti mnogo više stvari."

"Ali stroj je dobar početak."

menu
menu