Nová generace CRISPR ukazuje bezpečnější cestu k léčbě genetických onemocnění

Nová generace technologie CRISPR vyvinutá v UNSW Sydney nabízí bezpečnější cestu k léčbě genetických onemocnění, jako je srpkovitá buňka, a zároveň je bezpochyby, že chemické značky na DNA – často považovány za jen o něco více než genetické pavučiny – aktivně tiché geny.

Po celá desetiletí vědci debatují o tom, zda methylové skupiny – malé chemické klastry, které se akumulují na DNA – jsou jednoduše detritus, který se hromadí v genomu, kde jsou geny vypnuty, nebo skutečnou příčinu represe genu.

Nyní však vědci v UNSW, spolupracují s kolegy v USA ve výzkumné nemocnici St Jude Children’s Research Hospital (Memphis), ukázali v příspěvku zveřejněném nedávno v Přírodní komunikaceTo, že odstranění těchto značek může přepínat geny zpět, potvrzuje, že methylace není jen korelována s umlčením, ale přímo za to odpovědná.

Velmi jasně jsme ukázali, že pokud otřete pavučiny, genu se objeví. A když jsme přidali methylové skupiny zpět do genů, znovu se vypnuli. Takže tyto sloučeniny nejsou pavučiny – jsou to kotvy. “

Profesor Merlin Crossley, vedoucí autor studie, zástupce pro místopředseda akademická kvalita UNSW

Krátká historie CRISPR

CRISPR-jinak známý jako seskupený pravidelně prohloubený krátkými palindromickými opakováními-tvoří základ technologie editující genově, která vědcům umožňuje najít a měnit vadné části DNA, často je nahrazením zdravými.

Využívá to, co je již přirozeně se vyskytujícím procesem, poprvé pozorované v bakteriích bojujících s napadajícími viry „odříznutím“ virových pramenů DNA.

První generace nástrojů CRISPR laboratoře fungovala tímto způsobem tím, že se snížila sekvence DNA, aby deaktivovala vadné geny. Druhá generace umožnila vědcům přiblížit a opravit jednotlivá písmena v genetickém kódu. Oba přístupy však zahrnovaly škrty na genetický kód, což přichází s rizikem nežádoucích změn, které by mohly způsobit další zdravotní problémy.

Třetí generace – známá jako epigenetické úpravy – se však dívá na povrch genů nalezených v jádru každé buňky v těle. Spíše než řezání pramenů DNA pro odstranění nebo úpravy vadných genů, tato metoda odstraňuje methylové skupiny připojené k umlčeným nebo potlačeným genům.

Onemocnění srpkovitých buněk

Vědci tvrdí, že epigenetické úpravy by mohly být použity k léčbě lidí postižených onemocnění Chronická bolestpoškození orgánů a snížená délka života.

„Kdykoli snížíte DNA, existuje riziko rakoviny. A pokud děláte a Genová terapie U celoživotní nemoci je to špatný druh rizika, “říká Prof. Crossley.

„Ale pokud dokážeme udělat genovou terapii, která nezahrnuje praskování pramenů DNA, vyhýbáme se těmto potenciálním úskalím.“

Místo řezání používá nová metoda modifikovaný systém CRISPR k dodávání enzymů, které odstraňují methylové skupiny z DNA – účinně zvedají brzdy u umlčených genů. Fetální globinový gen hraje klíčovou roli při dodávání okysličené krve do vyvíjejícího se plodu v děloze a vědci tvrdí, že jeho přepínání po narození by mohlo poskytnout úhledný řešení pro vadný globinový globinovou onemocnění, které způsobilo srpkovité onemocnění.

„Můžete si myslet na fetální globinový gen jako na tréninkové kola na dětském kole,“ říká Prof. Crossley. „Věříme, že je můžeme přimět znovu pracovat u lidí, kteří potřebují nová kola.“

Velký obrázek

Doposud byla veškerá práce na dosažení tohoto cíle provedena v laboratoři na lidských buňkách ve zkumavce v UNSW a v Memphisu.

Spoluautorka studie Kate Quinlan říká, že objev není jen slibný pro lidi s onemocněním srpkovitých buněk, ale i jiná genetická onemocnění, kde zapínání nebo vypnutí určitých genů změnou methylových skupin se vyhýbají řezání pramenů DNA.

„Jsme nadšeni budoucností epigenetické úpravy, protože naše studie ukazuje, že nám umožňuje posílit expresi genů bez úpravy sekvence DNA. Terapie založené na této technologii budou pravděpodobně mít snížené riziko nezamýšlených negativních účinků ve srovnání s CRISPR první nebo druhé generace,“ říká.

Za několik let – jakmile bylo testování u zvířat a klinické studie dokončeno – lékaři používající novou metodu k léčbě onemocnění srpkovitých buněk by začali sbíráním některých z krevních kmenových buněk pacienta, které vytvářejí nové červené krvinky. V laboratoři by použili epigenetické úpravy k odstranění methyl chemických značek z genu fetálního globinu k jeho reaktivaci. Poté by byly upravené buňky vráceny pacientovi, kde se usadí zpět do kostní dřeně a začnou produkovat lépe funkční krvinky.

Cesta před námi

Dále budou testovat vědci z UNSW & St Jude účinnost Tyto přístupy na zvířecích modelech, ale také vyzkoušejí více nástrojů souvisejících s CRISPR.

„Snad nejdůležitější věcí je, že je nyní možné zacílit na molekuly na jednotlivé geny,“ říká Prof. Crossley.

„Zde jsme odstranili nebo přidali methylové skupiny, ale to je jen začátek, existují i další změny, které by se dalo provést, což by zvýšilo naše schopnosti změnit genový výstup pro terapeutické a zemědělské účely. Toto je samé začátek nového věku.“