Framsteg inom genredigering breddar räckvidden för CRISPR-teknologier, rapporterar Duke

Publiceringsdatum: 8 december 2023

Ett team av ingenjörer vid Duke University har utvecklat en metod för att bredda räckvidden för CRISPR-teknologier. Medan det ursprungliga CRISPR-systemet endast kunde rikta in sig på 12.5% av det mänskliga genomet, utökar den nya metoden tillgången till nästan varje gen för att potentiellt rikta in och behandla ett bredare spektrum av sjukdomar genom genomteknik.

Forskningen involverade medarbetare vid Harvard University, Massachusetts Institute of Technology, University of Massachusetts Medical School, University of Zurich och McMaster University.

Detta arbete publicerades den 4 oktober i tidskriften Naturkommunikation.

"CRISPR är ett utmärkt verktyg för att redigera specifikt DNA, men vi är fortfarande begränsade till vilka gener vi kan redigera," sa Pranam Chatterjee, biträdande professor i biomedicinsk teknik. "Det ursprungliga CRISPR-verktyget kunde bara redigera cirka 12.5% av alla DNA-sekvenser baserat på var den specifika spacern fanns. Om du råkar ha en mutation i den andra 87.5%, skulle du ha tur.

CRISPR-Cas är ett bakteriellt immunsystem som tillåter bakterier att använda RNA-molekyler och CRISPR-associerade (Cas) proteiner för att rikta in sig på och förstöra DNA från invaderande virus. Sedan upptäckten har forskare tävlat om att utveckla en arsenal av nya CRISPR-system för tillämpningar inom genterapi och genomteknik.

För att göra redigeringar av genomet använder Cas-proteiner både en RNA-molekyl, som leder enzymet till en riktad DNA-sträcka, och en protospacer angränsande motiv, eller PAM, som är en kort DNA-sekvens som omedelbart följer den målinriktade DNA-sekvensen och är krävs för att Cas-proteinet ska binda.

När ett guide-RNA väl hittar sin komplementära DNA-sekvens och Cas-enzymet binder den intilliggande PAM, fungerar enzymet som en sax för att göra ett snitt i DNA:t, vilket utlöser de önskade förändringarna i genomet. Det vanligaste CRISPR-Cas-systemet är Cas9 från Streptococcus pyogenes-bakterier (SpCas9), som kräver en PAM-sekvens av två guaninbaser (GG) i rad.

I tidigare arbete använde Chatterjee och hans team bioinformatiska verktyg för att upptäcka och konstruera nya Cas9-proteiner, inklusive Sc++, som bara kräver en enda guaninbas PAM för att göra ett snitt. Denna förändring gjorde det möjligt för forskare att redigera nästan 50% av alla DNA-sekvenser.

Samtidigt konstruerade Chatterjees medarbetare vid Harvard, ledda av Benjamin Kleinstiver, en biträdande professor vid Harvard Medical School, en separat variant som heter SpRY. Medan SpRY kunde binda till vilken som helst av de fyra DNA-baserna som kunde bilda PAM, hade den en mycket starkare affinitet för adenin och guanin.

Eftersom båda systemen hade nackdelar bestämde sig gruppen för att sätta ihop det bästa av båda till en ny variant som heter SpRyc.

"Med detta nya verktyg kan vi rikta in oss på nästan 100% av genomet med mycket mer precision," sa Chatterjee.

Medan SpRYc var långsammare än sina motsvarigheter när det gällde att klippa mål-DNA-sekvenser, var det mer effektivt än båda de traditionella enzymerna vid redigering av specifika sektioner av DNA. Trots SpRYcs bredd var den också mer exakt än SpRY.

Efter att ha etablerat SpRYcs redigeringsmöjligheter, undersökte teamet verktygets potentiella terapeutiska användningsområden för genetiska sjukdomar som inte gick att behandla med standardsystemet CRISPR. Deras första test var Retts syndrom, en progressiv neurologisk störning som främst drabbar unga kvinnor och orsakas av en av åtta mutationer i en specifik gen. Den andra var Huntingtons sjukdom, en sällsynt, ärftlig neurologisk sjukdom som orsakar degeneration av nervceller i hjärnan. Teamet fann att SpRYc kunde ändra tidigare otillgängliga mutationer, vilket ger potentiella terapeutiska möjligheter för båda sjukdomarna.

"Det finns mycket potential med SpRYc, oavsett om det handlar om att utforska hur man översätter det till kliniken eller att hitta sätt att göra det ännu mer effektivt", säger Chatterjee. "Vi ser fram emot att utforska alla funktioner i vårt verktyg."

(C) Duke University

Ursprunglig artikelkälla: WRAL TechWire