Enzim Mühendisliği ile Geliştirilmiş Süper Hassas CRISPR Aracı

CRISPR’ın süper hassas bir gen düzenleme aracı olan bir versiyonu daha iyi hale getirildi. Araştırmacılar, çok sayıda istenmeyen mutasyona sebep olmadan DNA’yı kesin olarak hedefleyebilen enzimler tasarlayarak, popüler ama hataya eğilimli CRISPR-Cas9 sistemine dayanan bir tekniğin işlem sırasındaki doğruluğunu artırdı.

10 Şubat’ta Nature Biotechnology’de açıklanan enzimler; bir DNA’daki bilgiyi başka bir bilgiye dönüştürebilmeye izin veren ve genetik hastalıkları tedavi etmek için daha uygun bir yöntem haline getirilebilir.

İlk olarak 2016’da açıklanan bu sistem, temel düzenleme yani geleneksel CRISPR-Cas9 düzenlemesinden daha fazla kontrol imkanı sunuyor ancak genomda rastgele yani ‘hedef dışı’ değişiklikler de yapabilir. Yeni enzimlerin bu hataları yapma olasılığı daha düşük, bu nedenle araştırmacıların daha güvenli gen terapileri geliştirmelerine olanak sağlayabilir.

Cambridge’deki MIT ve Harvard Kimyasal Enstitüsü’nde Kimyasal Biyolog olan David Liu ve araştırma grubu bu enzimleri geliştirdi. Liu “İnsan genomunu düzenleme dönemi şimdi kırılgan başlangıçlarında ve hepimiz yan etkileri, riskileri en aza indirmek için özellikle de bu ajanlar klinik çalışmalarımıza girmeye başladığından beri mümkün olan her şeyi yapma sorumluluğunu hissediyoruz.”diyor

Kontrol Edilebilir CRISPR

Hatta hızlı tempodaki genom düzenleme standartlarına göre, temel düzenleme araştırmacılar arasında hızlı bir şekilde önem kazanmıştır. Hem geleneksel CRISPR-Cas9 düzenlemesi ve baz düzenlemelerinde, bir RNA dizisi tarafından belirlenen yerleri hedeflemek için Cas9 enzimi kullanılır. CRISPR-Cas9 düzenlemesinde, araştırmacılar Cas9 enzimini DNA’nın her iki sarmalını kesmek için kullanır, daha sonra o bölgede DNA dizisi değişikliklerini tanımlamak için hücrenin DNA onarım mekanizmaları devreye girer. Yöntem etkili olabilir, ancak hangi sekansların tanımlı olacağı konusunda çok az kontrol sağlar.

Bununla beraber baz düzenleme de, Cas9 enziminin DNA’yı kesme yeteneği devre dışı bırakılır ve DNA kodunun bir harfini kimyasal olarak bir diğerine dönüştürebilen diğer enzimlere kaynaştırılır. Cas9, bu enzimlerle her iki DNA ipliğini kesmek yerine belirli bir bölgedeki ilgili bilginin yeniden yazılacağı hedef konuma yönlendirilir.

Birçok kalıtsal insan hastalığında örneğin, orak hücreli anemi; DNA’daki tek harfli değişikliklerden kaynaklanabileceğinden, baz düzenleme, bu tür genetik hastalıkları tedavi etmek için cazip bir yaklaşımdır.

Liu ve meslektaşlarının bu tekniği ilk kez tanımlamasından bu yana dört yıldan az bir süre geçti ve o zaman Massachusetts, Watertown’da bulunan kar amacı gütmeyen bir biyolojik depo olan Addgene, birkaç bin laboratuvara 8.000 temel düzenleme aracı dağıttı. 5 Şubat’ta Liu, teknolojiyi ticarileştirmek için Massachusetts ile birlikte kurduğu, Cambridge’deki bir şirket olan Beam Therapeutics’i halka açtı ve 180 milyon dolar kazandı.

İstenmeyen Düzenlemeler

Ancak tekniğin hala optimize edilmesi gerekiyor. Geçen yıl araştırmacılar, DNA bazları olan C ve T’i değiştirmek için kullanılan enzimlerin sadece belirlenen hedefe değil, aynı zamanda genom üzerinde ki rastgele yerlere de hareket edebileceğini gördü. Bu hedef dışı etkileşimler, insandaki gen terapileri için bu tekniğin kullanılmasıyla ilgili endişeleri artırmıştır çünkü istenmeyen DNA düzenlemeleri potansiyel olarak zarar verebilir.

Sorunun bir kısmı, bu değişikliklerin genom boyunca rastgele dağılması ve bunları tespit etmenin tek yolunun tam anlamda düzenlenmiş genomu yavaş ve pahalı bir yaklaşımla tekrar dizilemek.

Bu konuda Liu ve meslektaşları, tüm genomu dizilemeden bakteri ve insan hücrelerinde hedef dışı mutasyonları bulmak için çeşitli yollar geliştirdi. Yöntemlerden birinde, araştırmacılar baz düzenleyicilerini bakterilere yerleştirdiler ve mikroorganizmaları bir antibiyotik ilaca karşı dirençleri açısından test ettiler. Bakteri hücrelerinin direnç kazanma sıklığı ne kadar yüksekse, baz düzenleyicilere karşı DNA’nın direnç genlerinde mutasyonun olması konusundaki aktifliği o kadar çok olmuştur.

Ekip, doğal olarak oluşmuş veya tasarlanmış bu çeşitli enzimleri; daha yüksek, aslına uygun baz düzenleme enzimlerini aramak için kullandı. Sonuç, hedef dışı bir çok mutasyona neden olmadan C’i T’e dönüştürebilen bir enzim topluluğu ortaya çıktı.

Çin Bilim Akademisi’nin (CAS) Pekin Genetik ve Gelişimsel Biyoloji Enstitüsü’nde bir bitki biyoloğu olan Caixia Gao, hedef dışı değişiklikleri azaltma yöntemi için “Birisi baz düzenlemeyi ilaç olarak kullanabiliyorsa bu çok önemli bir gelişmedir.” şeklinde yorumda bulundu. Gao için Liu’nun tarama yöntemleri yeni enzimlerin kendilerinden daha heyecan verici çünkü bazı baz düzenleyicileri bitki hücrelerinde iyi çalışmıyor, bu yüzden özellikle bunu yapan enzimleri taramak için bu araştırma yöntemini kullanabilmeyi umut ediyor.

Şangay’daki CAS Nörobilim Enstitüsü’nde bir genetikçi olan Hui Yang, laboratuvar çalışanlarının da tespit edilemeyen hedef dışı mutasyonlar geliştiren gelişmiş baz düzenleme enzimleri geliştirdiğini söylüyor.

Liu’nun laboratuarı tarafından bu hafta yayınlanan diğer çalışmalar bu yaklaşıma katkıda bulunabilir. Başka bir Nature Biotechnology makalesinde, ekip daha önce ulaşılamayan DNA bölgelerini hedefleyebilen Cas9 enzimleri geliştirdi.

Tüm bu temel düzenlemedeki gelişmeler, Liu’nun, “Birincil düzenleme” adı verilen çalışması ile araştırmacılara genomdaki birbirinden farklı değişiklikler üzerinde daha fazla kontrol sağlayan alternatif bir CRISPR tekniğini tanımlamadı.

Kaynak : nature.com