Ilinojaus universiteto Urbana-Champaign mokslininkai praneša, kad naujas genų redagavimo įrankis, padedantis ląstelių mašinoms praleisti už ligas atsakingų genų dalis, buvo pritaikytas siekiant sumažinti amiloido-beta plokštelių pirmtakų susidarymą Alzheimerio ligos modelyje.
Pasak mokslininkų, taikymas gyvoms pelėms rodo patobulintą įrankio, vadinamo SPLICER, efektyvumą, palyginti su dabartiniu genų redagavimo technologijos standartu, taip pat galimą pritaikymą kitoms ligoms. Pablo Perez-Pinera, I. U. bioinžinerijos profesoriaus vadovaujami mokslininkai paskelbė savo išvadas žurnale. Gamtos komunikacijos.
SPLICER naudoja genų redagavimo metodą, vadinamą egzonų praleidimu, kuris ypač svarbus sveikatos būklei, kurią sukelia mutacijos, gaminančios netinkamai susilanksčiusius arba toksiškus baltymus, pvz., Diušeno raumenų distrofija arba Hantingtono liga.
„DNR yra instrukcijos, kaip sukurti viską, kas yra atsakinga už ląstelių funkcionavimą. Taigi tai tarsi receptų knyga, kurioje yra labai išsamios maisto ruošimo instrukcijos”, – sakė Perezas-Pinera.
„Tačiau yra didelių DNR regionų, kurie nieko nekoduoja. Panašu, kad pradedate kalakutienos vakarienės receptą, o tada paspaudžiate užrašą, kuriame sakoma: „tęsinys 10 puslapyje”. Po 10 puslapio yra „tęsinys 25 puslapyje“. Puslapiai tarp jų yra kvaili.
„Tačiau pasakykite, kad viename iš recepto puslapių – genetikoje, egzone – yra rašybos klaida, dėl kurios kalakutiena tampa nevalgoma ar net nuodinga. Jei negalime tiesiogiai ištaisyti rašybos klaidos, galime pataisyti prieš jį esantį užrašą ir išsiųsti jus į kitą puslapį, praleidžiant puslapį su klaida, kad pabaigoje galėtumėte pagaminti valgomą kalakutą.
„Nors galite prarasti padažą, kuris buvo praleistame puslapyje, vis tiek vakarieniautumėte. Lygiai taip pat, jei galėtume praleisti geno gabalėlį su toksine mutacija, gautas baltymas vis tiek galėtų atlikti pakankamai funkcijų. atlikti savo svarbius vaidmenis“.
SPLICER remiasi populiaria CRISPR-Cas9 genų redagavimo platforma su pagrindiniais pakeitimais. CRISPR-Cas9 sistemoms reikalinga tam tikra DNR seka, kuri riboja, kuriuos genus galima redaguoti. SPLICER naudoja naujesnius Cas9 fermentus, kuriems ši seka nereikalinga, atverdama duris naujiems tikslams, pavyzdžiui, su Alzheimerio liga susijusiam genui, į kurį daugiausia dėmesio skyrė Ilinojaus grupė.
„Kita problema, kurią sprendžiame savo darbe, yra tikslumas to, kas praleidžiama“, – sakė absolventas Angelo Miskalis, pirmasis šio straipsnio autorius.
„Taikant dabartinius egzonų praleidimo metodus, kartais ne visi egzonai praleidžiami, todėl vis tiek yra dalis sekos, kurios nenorime išreikšti. Kulinarinės knygos analogijoje tai tarsi bandymas praleisti puslapį, bet naujas puslapis prasideda sakinio viduryje, o dabar receptas neturi prasmės.
Egzoną supa dvi pagrindinės sekos sritys, kurios nurodo ląstelių mechanizmui, kurias geno dalis naudoti baltymams gaminti: vieną pradžioje ir kitą pabaigoje. Nors dauguma egzonų praleidimo įrankių yra skirti tik vienai sekai, SPLICER redaguoja ir pradžios, ir pabaigos sekas. Dėl to tiksliniai egzonai yra praleidžiami efektyviau, sakė Miskalis.
Ilinojaus grupė pasirinko Alzheimerio geną, kad pirmą kartą parodytų SPLICER terapinius gebėjimus, nes nors tikslinis genas buvo gerai ištirtas, efektyvus egzonų praleidimas gyvuose organizmuose liko sunkiai pasiekiamas. Tyrėjai nusitaikė į specifinį egzoną, koduojantį aminorūgščių seką baltyme, kuris suskaidomas, kad susidarytų amiloidas-beta, kuris, ligai progresuojant, kaupiasi ir susidaro plokštelės ant smegenų neuronų.
Kultūriniuose neuronuose SPLICER veiksmingai sumažino amiloido beta susidarymą. Analizuodami pelių smegenų DNR ir RNR išeigą, tyrėjai nustatė, kad SPLICER gydytų pelių tikslinis egzonas sumažėjo 25%, o pašalinių poveikių nebuvo.
„Kai iš pradžių bandėme nukreipti šį egzoną senesniais metodais, tai nepasiteisino“, – sakė magistrantas Shraddha Shirguppe, taip pat vienas iš tyrimo autorių.
„Sujungus naujesnius bazinius redaktorius su dvigubo sujungimo redagavimu, egzonas buvo praleistas daug greičiau, nei anksčiau galėjome naudodami bet kurį iš galimų metodų. Pavyko parodyti, kad jis ne tik galėjo geriau praleisti visą egzoną, bet ir sumažino baltymas, kuris šiose ląstelėse gamina apnašas“.
„Egzono praleidimas veikia tik tuo atveju, jei gautas baltymas vis dar veikia, todėl jis negali gydyti kiekvienos ligos genetiniu pagrindu. Tai yra bendras metodo apribojimas”, – sakė Perezas-Pinera.
„Tačiau sergant ligomis, tokiomis kaip Alzheimerio, Parkinsono, Hantingtono ar Diušeno raumenų distrofija, šis metodas turi daug galimybių. Kitas artimiausias žingsnis yra pažvelgti į šių ligų tikslinių egzonų pašalinimo saugumą ir įsitikinti, kad mes nekuriame Naujas baltymas, kuris yra toksiškas arba neturi pagrindinės funkcijos, taip pat turėtume atlikti ilgalaikius tyrimus su gyvūnais ir pamatyti, ar liga progresuoja laikui bėgant.