رویکرد جدید و ایمن CRISPR ممکن است به اصلاح نقایص ژنتیکی در آینده کمک کند



درمان بیماری های ژنتیکی ناتوان کننده یکی از چالش های بزرگ پزشکی مدرن است. در طول دهه گذشته، توسعه فناوری‌های CRISPR و پیشرفت‌ها در تحقیقات ژنتیک، امیدهای جدیدی را برای بیماران و خانواده‌هایشان به ارمغان آورد، اگرچه ایمنی این روش‌های جدید هنوز یک نگرانی قابل توجه است.

چاپ اول جولای در مجله پیشرفت علمتیمی از زیست شناسان دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو که شامل سیتارا روی محقق فوق دکترا، متخصص آنابل گیچارد و پروفسور اتان بیر است، رویکرد جدید و ایمن تری را توصیف می کند که ممکن است نقایص ژنتیکی را در آینده اصلاح کند. استراتژی آنها که از ماشین آلات ترمیم DNA طبیعی استفاده می کند، پایه ای برای استراتژی های ژن درمانی جدید با پتانسیل درمان طیف وسیعی از بیماری های ژنتیکی فراهم می کند.

در بسیاری از موارد، افرادی که از اختلالات ژنتیکی رنج می‌برند، دارای جهش‌های مشخصی در دو نسخه از ژن‌های به ارث رسیده از والدین خود هستند. این بدان معنی است که اغلب، یک جهش در یک کروموزوم، یک همتای توالی عملکردی در کروموزوم دیگر دارد. محققان از ابزارهای ویرایش ژنتیکی CRISPR برای بهره برداری از این واقعیت استفاده کردند.

واریانت سالم می تواند توسط ماشین آلات ترمیم سلول برای اصلاح جهش معیوب پس از برش DNA جهش یافته استفاده شود. قابل توجه است که این امر می تواند حتی با استفاده از یک لقب ساده بی ضرر به طور موثرتری به دست آید.”


آنابل گیچارد، نویسنده ارشد این مطالعه

محققان با کار بر روی مگس‌های میوه، جهش‌یافته‌هایی را طراحی کردند که امکان تجسم چنین «ترمیم با قالب کروموزوم همولوگ» یا HTR را با تولید رنگدانه‌ها در چشم‌های آن‌ها فراهم می‌کرد. این جهش‌یافته‌ها در ابتدا دارای چشم‌های کاملاً سفید بودند. اما زمانی که همان مگس‌ها اجزای CRISPR (یک RNA راهنما به اضافه Cas9) را بیان کردند، لکه‌های قرمز بزرگی را روی چشمان خود نشان دادند، که نشانه‌ای از این بود که دستگاه ترمیم DNA سلول با استفاده از DNA عملکردی کروموزوم دیگر موفق به معکوس کردن جهش شده است.

آنها سپس سیستم جدید خود را با انواع Cas9 موسوم به “nickases” آزمایش کردند که به جای هر دو فقط یک رشته DNA را هدف قرار می داد. با کمال تعجب، نویسندگان دریافتند که چنین شکاف‌هایی باعث ترمیم سطح بالایی رنگ چشم قرمز تقریباً همتراز با مگس‌های سالم (غیر جهش‌یافته) می‌شوند. آنها 50 تا 70 درصد میزان موفقیت ترمیم نیکاز را در مقایسه با 20 تا 30 درصد در Cas9 برش دو رشته ای یافتند، که همچنین جهش های مکرر ایجاد می کند و سایر مکان ها را در سراسر ژنوم هدف قرار می دهد (به اصطلاح جهش های خارج از هدف). روی، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: «نمی‌توانستم باور کنم که نیکاس چقدر خوب کار می‌کند – کاملاً غیرقابل پیش‌بینی بود. محققان خاطرنشان کردند که تطبیق پذیری سیستم جدید می تواند به عنوان الگویی برای رفع جهش های ژنتیکی در پستانداران باشد.

گیچارد گفت: «ما هنوز نمی دانیم که این فرآیند چگونه به سلول های انسانی ترجمه می شود و آیا می توانیم آن را برای هر ژنی اعمال کنیم یا خیر. “ممکن است برای به دست آوردن HTR کارآمد برای جهش های بیماری زا که توسط کروموزوم های انسانی منتقل می شوند، برخی تنظیمات لازم باشد.”

تحقیقات جدید دستاوردهای قبلی این گروه در ویرایش دقیق را با «درایوهای آللیک» گسترش می‌دهد، که اصول محرک‌های ژنی را با یک RNA راهنما گسترش می‌دهد که سیستم CRISPR را هدایت می‌کند تا گونه‌های نامطلوب یک ژن را قطع کند و آنها را با نسخه ترجیحی جایگزین کند. از ژن

یکی از ویژگی‌های کلیدی تحقیقات این تیم این است که سیستم مبتنی بر نیکاز آن‌ها باعث ایجاد جهش‌های درون و خارج هدف بسیار کمتری می‌شود، همانطور که مشخص است با ویرایش‌های سنتی CRISPR مبتنی بر Cas9 اتفاق می‌افتد. آنها همچنین می گویند تحویل آهسته و مداوم اجزای نیکاز در طول چند روز ممکن است سودمندتر از تحویل یکباره باشد.

بیر گفت: «یکی دیگر از مزایای قابل توجه این رویکرد، سادگی آن است. بر خلاف Cas9 که شکستگی کامل DNA را ایجاد می کند و اغلب با جهش همراه است، به اجزای بسیار کمی متکی است و تیک های DNA «نرم» هستند.

روی می‌گوید: «اگر فرکانس چنین رویدادهایی را بتوان با ترویج جفت‌سازی بین همولوژیکی یا با بهینه‌سازی فرآیندهای ترمیم خاص افزایش داد، چنین استراتژی‌هایی را می‌توان برای اصلاح بسیاری از جهش‌های مسلط یا ترانس هتروزیگوت ایجاد کرد.»

را پیشرفت علم فهرست کامل نویسندگان مقاله: سیتارا روی، سارا سانز جاست، مارکتا اسنایدر، آنکوش اورادکار، کاریسا کلانسک، ژیقیان لی، آلیسون هنریکه فریرا خولیو، ویکتور لوپز دل آمو، اتان بیر و آنابل گیچارد.

پشتیبانی از این تحقیق توسط مؤسسه ملی بهداشت (Grant R01 GM117321)، جایزه محققین برجسته گروه مرزی پل جی آلن و هدیه ای از طرف تاتا تراست در هند به مؤسسه ژنتیک و جامعه تاتا (TIGS)-UC ارائه شد. سن دیگو و TIGS هند.

منبع:

دانشگاه کالیفرنیا – سن دیگو

مرجع مجله:

روی، اس. و همکاران (2022) تبدیل آللی ناشی از Cas9/Nickase توسط ترمیم الگوی کروموزوم همولوگ در سلول‌های سوماتیک مگس سرکه. پیشرفت علم doi.org/10.1126/sciadv.abo0721.



منبع