Epigenetiği hedefleyen CRISPR-Cas9 tekniği farelerde hastalıkları tersine çeviriyor
Gen düzenleme tekniklerindeki, özellikle CRISPR-Cas9 teknolojisi etrafındaki heyecan verici gelişmeler, gen ekleme veya çıkarma veya hastalık yaratan mutasyonları onarma becerisi üzerine yoğunlaşmaktadır. Çifte sarmal DNA molekülünün kesildiği CRISPR-Cas9 yaklaşımının önemli bir kaygısı, hücrenin bu kesime nasıl tepki verdiği ve nasıl onarılabileceğidir. Bazı frekanslarla bu teknik belirsiz yan etkileri olan yeni mutasyonları ardında bırakmaktadır.
7 Aralık tarihli Cell dergisinde çıkan bir makalede, Salk Enstitüsündeki bilim insanları, hastalıkla ilişkili genlerin altta yatan sekansından çok aktiviteyi değiştiren bir modifiye CRISPR-Cas9 tekniğini bildirdiler. Araştırmacılar, bu tekniğin farelerde birkaç farklı hastalığın tedavisinde kullanılabileceğini gösteriyor.
Salk Enstitüsü Biyolojik Araştırmalar Enstitüsü’nden makalenin yazarı Juan Carlos Izpisua Belmonte’nin laboratuarı yeni tekniği geliştirdiğini belirterek şunları söyledi: “DNA’nın kesilmesi yeni mutasyonların önünü açıyor. CRISPR veya DNA’yı kesen başka bir tekniğin bizde kalıcı bırakacağı şey, genetik alanında büyük bir tıkanıklıktır – DNA’nın kesilmesinden sonra hücrenin zararlı olabileceği olasılığıyla alakalı hatalar.”
Bu gerçek, Belmonte laboratuvarındaki her deneyin yönlendirilmesiyle, tekniği DNA’yı kesmeyen bir CRISPR-Cas9 sistemi ile geliştirdi. Bulguları, DNA bütünlüğünü koruyan bir epigenetik düzenleme teknolojisine sahip bir hayvanın fenotipini değiştirebileceğinin kanıtı sağlayan ilk keşiflerdir.
Salk tekniğinin arkasındaki temel fikir, doğum sonrası farelerde hücrelere genetik manipülasyon mekanizmalarını tanıtmak için makine olarak iki adeno-ilişkili virüs (AAV) kullanılmasıdır. Araştırmacılar Cas9 enzim genini bir AAV virüsüne yerleştirdi. Cas9’un bağlandığı fare genomundaki kesin konumunu ve kısa bir transkripsiyonel aktivatörü belirten kısa bir tek kılavuz RNA (sgRNA) tanıtmak için başka bir AAV virüsü kullandılar. Daha kısa sgRNA çoğu CRISPR-Cas9 tekniklerinde kullanılan standart 20 nükleotidlere kıyasla yalnızca 14 veya 15 nükleotiddir ve bu Cas9’un DNA’yı kesmesini önler.
Belmonte laboratuvarından makalenin ortak yazarı Hsin-Kai Liao, şunları söylüyor: “Temel olarak, modifiye edilmiş rehber RNA’yı Cas9 ile birlikte çalışmak için bir transkripsiyonel aktivatörü getirmek için kullandık ve bu kompleksi, ilgilendiğimiz genom bölgesine gönderdik.”
Kompleks, ilgili DNA bölgesi içine yerleşir ve ilgili genin ekspresyonunu teşvik eder. Benzer teknikler potansiyel olarak zararlı mutasyonların ortaya çıkma riski olmadan hemen hemen her geni veya genetik yolu aktive etmek için kullanılabilir.
Çalışmanın ortak yazarı Fumiyuki Hatanaka bunu şöyle açıklıyor: “DNA kesilmesi olmaksızın hücre akıbetini terapötik etkinlikle değiştirmek istedik.”
Ekip, çarpıcı bir şekilde, farelerde çeşitli hastalık modellerinde hastalık reversalitesini gösterdi. Akut böbrek hastalığının bir fare modelinde, tekniklerin normal böbrek fonksiyonlarını düzeltmek için önceden hasar görmüş veya susturulmuş genleri aktive ettiğini gösterdiler. Ayrıca, bazı karaciğer hücrelerini insülin üreten pankreatik benzeri hücrelerini, tip 1 diyabet fare modelini kısmen kurtarmak için teşvik edebiliyorlardı.
Ekip ayrıca, bilinen bir gen mutasyonuna sahip bir hastalık olan kas distrofisinin fare modellerinde kas büyümesini ve fonksiyonunu iyileştirebileceklerini gösterdi. Mutasyona uğramış geni düzeltmeye çalışmak yerine araştırmacılar, mutasyona uğramış gen ile aynı yolda genlerin ekspresyonunu arttırarak hasar gören genin etkisini arttırdı. Belmonte şunları söylüyor: “Biz geni sabitlemiyoruz; mutasyon hâlâ orada. “Bunun yerine, epigenom üzerinde çalışıyoruz ve fareler aynı yoldaki diğer genlerin ifadesini geri alıyor, bu mutant farelerin kas fonksiyonunu iyileştirmek için yeterli.”
Ön veriler tekniklerin güvenli olduğunu ve istenmeyen genetik mutasyonlar üretmediğini göstermektedir. Bununla birlikte araştırmacılar, klinik ortamı sağlamayı düşünmeden önce güvenlik, pratiklik ve verimlilik sağlamak için daha fazla araştırma yapmaya çalışıyorlar.
Belmonte, bu teknolojiyi Alzheimer ve Parkinson hastalıkları gibi nörolojik bozuklukları potansiyel olarak tedavi etmenin bir yolu olarak görüyor. Tıpkı fare modellerinde böbrek, kas ve insülin üreten fonksiyonu iyileştirdiği gibi nöronal nüfusu gençleştirmek adına insan hastalar için günün birinde bir gelecek görüyor.
Dergi Referansı: Hsin-Kai Liao, Fumiyuki Hatanaka, Toshikazu Araoka, Pradeep Reddy, Min-Zu Wu, Yinghui Sui, Takayoshi Yamauchi, Masahiro Sakurai, David D. O’Keefe, Estrella Núñez-Delicado, Pedro Guillen, Josep M. Campistol, Cheng-Jang Wu, Li-Fan Lu, Concepcion Rodriguez Esteban, Juan Carlos Izpisua Belmonte. In Vivo Target Gene Activation via CRISPR/Cas9-Mediated Trans -epigenetic Modulation. Cell, 2017; DOI: 10.1016/j.cell.2017.10.025
Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/12/171207141735.htm
Çeviri: Bünyamin Tan
Cell Press. “CRISPR-Cas9 technique targeting epigenetics reverses disease in mice.” ScienceDaily. ScienceDaily, 7 December 2017. <www.sciencedaily.com/releases/2017/12/171207141735.htm>.