Nowa technika edycji genów jest możliwa dzięki cząsteczce zwanej mostkowym RNA, którą odkryto dzięki wspólnemu wysiłkowi naukowców z Arc Institute we współpracy z University of Tokyo. Opisali oni swoją pracę w dwóch artykułach opublikowanych w czasopiśmie Nature.
Dr Patrick Hsu z Arc Institute mówi:
Jesteśmy podekscytowani wieloma potencjalnymi zastosowaniami, które nas czekają. Ostatecznie mechanizm ten mógłby zostać wykorzystany w terapii komórkowej i genowej, na przykład do wstawiania chimerycznych receptorów antygenowych lub brakujących genów.
Technika edycji genów jeszcze lepsza niż CRISPR/Cas9
Technika edycji genów CRISPR/Cas9 istnieje zaledwie od dekady, ale już zdążyła zrewolucjonizować badania biomedyczne, umożliwiając edycję genów w komórkach i oferując “okno” na potencjalne metody leczenia chorób. Jednak technika CRISPR/Cas9 ma swoje ograniczenia. Nie może dokonywać edycji bez rozbicia obu nici DNA i nie nadaje się do wstawiania całych genów. Same “genetyczne nożyczki” nie zawsze są tak dokładne, jak chcieliby naukowcy.
Nowo opracowana technika bazuje na cząsteczce mostkowego RNA, która jest bardzo podobna do gRNA (guide RNA) systemów CRISPR/Cas9. Jednak zamiast rozpoznawać jeden łańcuch DNA, jak robi to gRNA, mostkowe RNA rozpoznaje dwa – DNA docelowe i gen, który zostanie do niego wstawiony. Po związaniu się z tymi elementami, wprowadza rekombinazę DNA, aby przeprowadzić edycję.
Naukowcy mogą zaprogramować zarówno sekwencję docelową, jak i dawczą DNA, dzięki czemu mogą dowolnie mieszać i dopasowywać oba elementy. Natomiast gRNA w systemach CRISPR/Cas9 może określić tylko sekwencję docelową DNA, która ma zostać wycięta, a nie tę, która ma zostać dodana. Wstawienie genu za pomocą CRISPR/Cas9 wymaga użycia oddzielnego komponentu zwanego szablonem naprawy kierowanej homologią i własnych mechanizmów naprawy DNA komórki gospodarza.
Dr Patrick Hsu z Arc Institute dodaje:
Edycja mostkowa tnie i wkleja DNA w mechanizmie jednoetapowym, pozostawiając je w pełni nienaruszone. Jest to zupełnie inne od edycji CRISPR/Cas9, która tworzy odsłonięte pęknięcia DNA, które wymagają naprawy DNA i, jak wykazano, powodują niepożądane reakcje na uszkodzenia DNA. Unikając ich, edycja mostkowa może potencjalnie prowadzić do bardziej precyzyjnych lub bezpieczniejszych typów edycji genomu.
Odkrycie dr Hsu nastąpiło dzięki badaniu transpozonu, czyli genu skaczącego, zwanego IS110. Naukowcy odkryli po raz pierwszy, że gdy “wyskakuje” on z genomu, okrężnie się łączy, łącząc skrajnie lewy i skrajnie prawy koniec, aby utworzyć to, co jest znane jako kanoniczny bakteryjny promotor transkrypcyjny. Prowadzi to do transkrypcji wcześniej ukrytego niekodującego RNA, który składa się w dwie pętle. Jedna z pętli wiąże się z samym elementem IS110, podczas gdy druga wiąże się z obszarem genomu, w którym ma zostać wstawiona – innymi słowy, tworząc “pomost” między nimi.
Badania wykazały, że możliwe jest zaprogramowanie każdego końca mostkowego RNA w celu połączenia dwóch sekwencji DNA i manipulowania nimi, przynajmniej w bakteriach. Zespół Arc Institute wykorzystał system mostkowego RNA do wstawienia dużego fragmentu DNA do genomu bakterii E. coli z wysoką precyzją, a także do wycięcia i odwrócenia DNA E. coli.
Następnie naukowcy zbadają, jak sprawić, by technika działała w ludzkich komórkach, a także przeanalizują sposoby na zwiększenie jej precyzji i wydajności. Przyjrzą się również innym funkcjonalnościom elementu IS110, które mogłyby zostać wykorzystane w edycji genów.