Das Gen-Editing-System CRISPR-Cas9, das die Gentechnik in den letzten zehn Jahren revolutioniert hat, umfasst das Schneiden von DNA-Strängen. Dieser Prozess kann sehr schwer zu kontrollieren sein und zu unerwünschten genetischen Veränderungen führen. Jetzt dank Forschern aus MassachusettsDas Institute of Technology und die University of California in San Francisco UCSF, eine neue Gen-Editing-Technologie namens CRISPRoff, können dies ändern. laut Pressemitteilung .
Die Technik, die in einem am 9. April in Cell veröffentlichten Artikel beschrieben wurde, ist im Gegensatz zu herkömmlichem CRISPR reversibel, und die eingeführten Änderungen können sogar an zukünftige Zelllinien weitergegeben werden. Dieses zerstörungsfreie Gen-Editing-Protein fungiert als einfacher Aus-Schalter fürGene, die die Vorteile des weit verbreiteten CRISPR-Cas9-Systems wiederherstellen, ohne das genetische Material der Zellen zu beschädigen.
"Vier Jahre schneller Vorlauf [ab dem ersten Zuschuss], und CRISPRoff arbeitet schließlich wie vorgesehen auf Science-Fiction-Weise" sagt Co-Senior-Autor Luke Gilbert . "Es ist aufregend zu sehen, wie es in der Praxis so gut funktioniert."
"Die große Geschichte hier ist, dass wir jetzt ein einfaches Werkzeug haben, mit dem die überwiegende Mehrheit der Gene zum Schweigen gebracht werden kann", sagt Jonathan Weissman, der auch Professor für Biologie am MIT und Forscher am Howard Hughes Medical Institute ist. "Wir könnenTun Sie dies für mehrere Gene gleichzeitig ohne DNA-Schaden, mit großer Homogenität und auf eine Weise, die umgekehrt werden kann. Es ist ein großartiges Werkzeug zur Kontrolle der Genexpression. "
'Gentechnik 2.0'
In das klassische CRISPR-Cas9-System Es ist schwierig, das Ergebnis einzuschränken. Hier sahen die Forscher die Möglichkeit für eine andere Art von Geneditor.
Die Forscher entwickelten eine winzige Proteinmaschine, um einen epigenetischen Editor zu erstellen, der die natürliche DNA-Methylierung imitieren kann. Dies ist ein epigenetischer Mechanismus, der durch Hinzufügen einer Methylgruppe CH3 zur DNA auftritt. Die Maschine kann von kleinen RNAs geleitet werdenSchalten Sie Methylgruppen an bestimmte Stellen auf dem Strang. Die methylierten Gene werden dann "zum Schweigen gebracht" oder ausgeschaltet, daher kommt der Name der Maschine.
Dies ändert nichts an der Sequenz des DNA-Strangs und ermöglicht es den Forschern, den Silencing-Effekt mithilfe von Enzymen umzukehren, die Methylgruppen entfernen. Die Forscher nannten diese Methode CRISPRon.
Die Forscher entdeckten, dass sie diesen Ein-Aus-Schalter verwenden können, um die Mehrheit der Gene in der Region anzusprechen. menschliches Genom Darüber hinaus funktionierte es sowohl für die Gene selbst als auch für die anderen DNA-Regionen, die die Genexpression steuern, ohne für Proteine zu kodieren.
Darüber hinaus wurden große methylierte Regionen, sogenannte CpG-Inseln, die für den DNA-Methylierungsmechanismus als notwendig erachtet wurden, von CRISPRoff zum Schweigen gebracht.
CRISPRoff für praktische Anwendungen
Die Methode wurde an induzierten pluripotenten Stammzellen getestet, bei denen es sich um Zellen handelt, die sich im Körper in andere Zelltypen verwandeln können. Als die Forscher ein Gen in den Stammzellen zum Schweigen brachten und sie dazu veranlassten, sich in Neuronen zu verwandeln, wurde festgestellt, dass das Gen.blieb in 90 Prozent der Zellen zum Schweigen gebracht. Dies zeigt, dass die Zellen ein Gedächtnis für epigenetische Modifikationen behalten, die durch das CRISPRoff-System vorgenommen wurden.
In einer anderen Studie verwendeten die Forscher die Technologie, um Tau-Protein zum Schweigen zu bringen, das im Gehirn Klumpen bilden kann, die Gedächtnisverlust verursachen und an denen es beteiligt ist. Alzheimer-Krankheit in Neuronen. Es wurde festgestellt, dass CRISPRoff, obwohl es nicht vollständig ausgeschaltet ist, verwendet werden kann, um die Expression von Tau zu verringern. "Wir haben gezeigt, dass dies eine praktikable Strategie ist, um Tau zum Schweigen zu bringen und die Expression dieses Proteins zu verhindern", sagte Weissmansagt: "Die Frage ist also, wie liefern Sie dies einem Erwachsenen? Und würde es wirklich ausreichen, um Alzheimer zu beeinflussen? Das sind große offene Fragen, insbesondere die letzteren."
Die Forscher suchen nun nach neuen Wegen, um die Gen-Editing-Technologie anzuwenden. "Mit dieser neuen CRISPRoff-Technologie können Sie [ein Protein kurz ausdrücken], um ein Programm zu schreiben, an das sich die Zelle erinnert und das es auf unbestimmte Zeit ausführt", sagt Gilbert"Es verändert das Spiel, so dass Sie jetzt im Grunde genommen eine Änderung schreiben, die durch Zellteilungen weitergegeben wird. In gewisser Weise können wir lernen, eine Version 2.0 von CRISPR-Cas9 zu erstellen, die sicherer und genauso effektiv ist und dies kann."mach auch all diese anderen Dinge. "