31 دسامبر 2023- تیم دانشگاه دوک در بیانیه مطبوعاتی
در حالی که فناوری اصلی ویرایش ژن CRISPR تنها 12.5 درصد از ژنوم انسان را هدف قرار می دهد، روش جدیدی که توسط مهندسان دانشگاه دوک توسعه یافته است، دسترسی به تقریباً هر ژن را برای هدف قرار دادن و درمان بالقوه طیف وسیع تری از بیماری ها گسترش می دهد.
این مطالعه که در مجله Nature Communications منتشر شد، شامل همکاران دانشگاه هاروارد، موسسه فناوری ماساچوست، دانشکده پزشکی ماساچوست، دانشگاه زوریخ و دانشگاه مک مستر بود.
پرانام چاترجی، استادیار مهندسی بیومدیکال در دوک گفت: با این ابزار جدید، ما می‌توانیم نزدیک به 100 درصد ژنوم را با دقت بسیار بیشتری هدف قرار دهیم.
CRISPR-Cas یک سیستم ایمنی باکتریایی است که به باکتری ها اجازه می دهد تا از مولکول های RNA و پروتئین های مرتبط با CRISPR (Cas) برای هدف قرار دادن و از بین بردن DNA ویروس های مهاجم استفاده کنند. از زمان کشف آن، محققان برای توسعه زرادخانه ای از سیستم های جدید CRISPR برای کاربرد در ژن درمانی و مهندسی ژنوم رقابت کردند.
این تیم کاربردهای درمانی بالقوه ابزار جدید را برای بیماری های ژنتیکی که با سیستم استاندارد CRISPR غیرقابل درمان بودند، بررسی کردند. اولین آزمایش آنها سندرم رت بود، یک اختلال عصبی پیشرونده که عمدتاً زنان جوان را تحت تأثیر قرار می دهد و توسط یکی از هشت جهش به یک ژن خاص ایجاد می شود.
دوم بیماری هانتینگتون بود، یک اختلال عصبی نادر و ارثی که باعث انحطاط نورون های مغز می شود. با استفاده از فناوری جدید، این تیم توانست جهش‌های غیرقابل دسترس قبلی را تغییر دهد و فرصت‌های درمانی بالقوه را برای هر دو بیماری فراهم کند.
برای انجام ویرایش‌های ژنوم، پروتئین‌های Cas از یک مولکول RNA که آنزیم را به سمت بخش هدفمندی از DNA هدایت می‌کند و هم از یک موتیف مجاور پیش‌اسپیسر یا PAM که یک توالی DNA کوتاه است استفاده می‌کند که بلافاصله دنباله‌ای از DNA هدف را دنبال می‌کند. برای اتصال پروتئین Cas مورد نیاز است.
هنگامی که یک RNA راهنما توالی DNA مکمل خود را پیدا می کند و آنزیم Cas به PAM مجاور متصل می شود، آنزیم مانند قیچی برای ایجاد برش در DNA عمل می کند و تغییرات مورد نظر را در ژنوم ایجاد می کند. رایج ترین سیستم CRISPR-Cas، Cas9 از باکتری استرپتوکوک پیوژنز (SpCas9) است که به دنباله PAM از دو باز گوانین (GG) در یک ردیف نیاز دارد.
در کار قبلی، چاترجی و تیمش از ابزارهای بیوانفورماتیک برای کشف و مهندسی پروتئین‌های جدید Cas9، از جمله Sc++ استفاده کردند که برای ایجاد برش فقط به یک PAM پایه گوانین نیاز دارد. این تغییر این امکان را برای محققان فراهم کرد که تقریباً 50 درصد از تمام توالی‌های DNA را ویرایش کنند.
چه کار دیگری می تواند انجام دهد؟ ویرایش ژن CRISPR از دست دادن دائمی بینایی در موش ها را معکوس می کند
در همان زمان، همکاران چاترجی در هاروارد، به رهبری بنجامین کلاینستیور، استادیار دانشکده پزشکی هاروارد، یک نوع جداگانه به نام SpRY را مهندسی کردند. در حالی که SpRY می توانست به هر یک از چهار پایگاه DNA که می تواند PAM را تشکیل دهد متصل شود، میل بسیار قوی تری به آدنین و گوانین داشت.
از آنجایی که هر دو سیستم دارای اشکالاتی بودند، گروه تصمیم گرفت بهترین های هر دو را در یک نوع جدید به نام SpRyc قرار دهد.
در حالی که SpRYc در برش توالی های DNA هدف کندتر از همتایان خود بود، در ویرایش بخش های خاص DNA از هر دو آنزیم سنتی موثرتر بود. با وجود گستردگی SpRYc، از SpRY نیز دقیق‌تر بود.
Chatterjee گفت: «پتانسیل زیادی با SpRYc وجود دارد، خواه کاوش در مورد چگونگی ترجمه آن به کلینیک باشد یا یافتن راه هایی برای کارآمدتر کردن آن. “ما مشتاقانه منتظر کاوش کامل قابلیت های ابزار خود هستیم.”
