Vooruitgang in het bewerken van genen vergroot het bereik van CRISPR-technologieën, meldt Duke

Datum gepubliceerd: 8 december 2023

Een team van ingenieurs aan de Duke University heeft een methode ontwikkeld om het bereik van CRISPR-technologieën te vergroten. Hoewel het oorspronkelijke CRISPR-systeem zich slechts op 12.5% van het menselijk genoom kon richten, breidt de nieuwe methode de toegang tot bijna elk gen uit om mogelijk een breder scala aan ziekten te targeten en te behandelen door middel van genoommanipulatie.

Bij het onderzoek waren medewerkers betrokken van Harvard University, Massachusetts Institute of Technology, University of Massachusetts Medical School, University of Zurich en McMaster University.

Dit werk verscheen op 4 oktober in het tijdschrift Natuurcommunicatie.

“CRISPR is een geweldig hulpmiddel voor het bewerken van specifiek DNA, maar we zijn nog steeds beperkt in de genen die we kunnen bewerken”, zegt Pranam Chatterjee, Universitair docent Biomedische Technologie. “De originele CRISPR-tool kon slechts ongeveer 12,5% van alle DNA-sequenties bewerken op basis van waar die specifieke spacer zich bevond. Als je toevallig een mutatie hebt in de andere 87.5%, heb je pech.

CRISPR-Cas is een bacterieel immuunsysteem waarmee bacteriën RNA-moleculen en CRISPR-geassocieerde (Cas) eiwitten kunnen gebruiken om het DNA van binnendringende virussen te targeten en te vernietigen. Sinds de ontdekking ervan hebben onderzoekers zich ingezet om een arsenaal aan nieuwe CRISPR-systemen te ontwikkelen voor toepassingen in gentherapie en genoommanipulatie.

Om wijzigingen in het genoom aan te brengen, gebruiken Cas-eiwitten zowel een RNA-molecuul, dat het enzym naar een gericht stukje DNA leidt, als een protospacer aangrenzend motief, of PAM, een korte DNA-sequentie die onmiddellijk de beoogde DNA-sequentie volgt en is nodig om het Cas-eiwit te laten binden.

Zodra een gids-RNA zijn complementaire DNA-sequentie heeft gevonden en het Cas-enzym het aangrenzende PAM bindt, werkt het enzym als een schaar om een snee in het DNA te maken, waardoor de gewenste veranderingen in het genoom worden veroorzaakt. Het meest voorkomende CRISPR-Cas-systeem is de Cas9 van de Streptococcus pyogenes-bacterie (SpCas9), waarvoor een PAM-sequentie van twee guaninebasen (GG) op rij vereist is.

In eerder werk gebruikten Chatterjee en zijn team bio-informaticatools om nieuwe Cas9-eiwitten te ontdekken en te ontwikkelen, waaronder Sc++, waarvoor slechts één guaninebasis-PAM nodig is om een snede te maken. Deze verandering maakte het voor onderzoekers mogelijk om bijna 50% van alle DNA-sequenties te bewerken.

Tegelijkertijd ontwikkelden de medewerkers van Chatterjee aan Harvard, onder leiding van Benjamin Kleinstiver, een assistent-professor aan de Harvard Medical School, een aparte variant genaamd SpRY. Hoewel SpRY kon binden aan elk van de vier DNA-basen die de PAM konden vormen, had het een veel sterkere affiniteit voor adenine en guanine.

Omdat beide systemen nadelen hadden, besloot de groep het beste van beide samen te brengen in een nieuwe variant genaamd SpRyc.

“Met deze nieuwe tool kunnen we bijna 100% van het genoom met veel meer precisie targeten”, zegt Chatterjee.

Hoewel SpRYc langzamer was dan zijn tegenhangers bij het knippen van doel-DNA-sequenties, was het effectiever dan beide traditionele enzymen bij het bewerken van specifieke delen van het DNA. Ondanks de breedheid van SpRYc was het ook nauwkeuriger dan SpRY.

Nadat het team de bewerkingsmogelijkheden van SpRYc had vastgesteld, onderzocht het potentiële therapeutische gebruik van de tool voor genetische ziekten die onbehandelbaar waren met het standaard CRISPR-systeem. Hun eerste test was het Rett-syndroom, een progressieve neurologische aandoening die voornamelijk jonge vrouwen treft en wordt veroorzaakt door een van de acht mutaties in een specifiek gen. De tweede was de ziekte van Huntington, een zeldzame, erfelijke neurologische aandoening die de degeneratie van neuronen in de hersenen veroorzaakt. Het team ontdekte dat SpRYc voorheen ontoegankelijke mutaties kon veranderen, wat potentiële therapeutische mogelijkheden voor beide ziekten bood.

“Er zit veel potentieel in SpRYc, of het nu gaat om het onderzoeken hoe dit naar de kliniek kan worden vertaald of het vinden van manieren om het nog efficiënter te maken”, aldus Chatterjee. “We kijken ernaar uit om de volledige mogelijkheden van onze tool te verkennen.”

(C) Duke Universiteit

Originele artikelbron: WRAL TechWire