Medizinische Forscher glauben, eine Technik gefunden zu haben, mit der Ärzte und Forscher die Off-Target-Effekte bestimmter Gen-Edits von identifizieren können. CRISPR / Cas9 was möglicherweise die Entwicklung neuer Gentherapien für schwere Krankheiten beschleunigt.
Möglicher Weg, um unbeabsichtigte CRISPR-Genänderungen zu lokalisieren
CRISPR / Cas9 ist ein unglaublich leistungsfähiges Gen-Editing-Tool, das mit einer Schere vergleichbar ist und bestimmte Abschnitte eines DNA-Strangs herausschneiden und durch eine vorprogrammierte Veränderung ersetzen kann. Die Technik birgt das Potenzial, alle bekannten Arten von Krankheiten zu behandelnund unbekannt, aber der Übergang vom Labor zu medizinischen Studien war langsam.
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Dies liegt hauptsächlich daran, obwohl CRISPR ist präzise, es ist nicht perfekt. Mit einer Schere und gebeten, ein Quadrat aus der Ecke eines Blattes Papier auszuschneiden, das etwa 1 Quadratzoll groß ist, und Sie können es normalerweise tun, aber wie jeder, der es jemals hatteEin Geschenk zu verpacken kann Ihnen sagen, dass es nicht immer einfach ist, genau dort zu schneiden, wo Sie schneiden möchten.
Das Problem ist, dass die Auswirkungen des Ausschneidens und Ersetzens von DNA viel schlimmer sind, als ein Geschenk auf ästhetisch ansprechende Weise zu verpacken. Wenn Sie keine gerade Linie in das Geschenkpapier schneiden, ist dies nicht das Ende vondie Welt. Nehmen Sie unbeabsichtigte Änderungen an der DNA einer Zelle vor, und Sie können die Krankheit, die Sie behandeln wollten, heilen, aber jetzt haben Sie vielleicht eine andere geschaffen, die viele Jahre später symptomatisch wird und die weitaus tödlicher sein könnte.
Es ist nicht abzusehen, was eine unbeabsichtigte Änderung bewirken kann, insbesondere wenn Sie nicht wissen, wo oder ob sie aufgetreten ist.
Aus diesem Grund ist es wichtig, Bereiche zu identifizieren, die unbeabsichtigt bearbeitet wurden, damit diese Bereiche nach Möglichkeit wiederhergestellt werden können. Andernfalls können die Forscher ihre Technik optimieren, um die störende Bearbeitung in der nächsten Zelle zu beseitigen, oder wenn alles andereschlägt fehl, können sie einen anderen Ansatz versuchen.
Bisher gab es keinen sicheren und effektiven Weg, um zu wissen, wo sich diese Bereiche befinden könnten, aber Forscher der Gladstone-Institute und des Innovative Genomics Institute IGI sowie Forscher des Pharmagiganten AstraZeneca berichten, dass dies der Fall isthaben einen Weg gefunden, unbeabsichtigte Änderungen von CRISPR / Cas9 zu verfolgen.
In a neue Studie letzte Woche im Journal veröffentlicht Wissenschaft Die Forscher zeigten, wie diese unbeabsichtigten Off-Target-Effekte, die durch den CRISPR / Cas9-Prozess in der DNA hervorgerufen wurden, lokalisiert werden können, indem sie nach den von der Zelle gesendeten Notfallhelfern suchten, um die beschädigten DNA-Abschnitte zu reparieren.
Eine Zelle verfügt, ähnlich wie der Notdienst-Dispatcher einer Stadt, über mehrere Einsatzkräfte, die je nach Situation gesendet werden können, und die Anwesenheit einer Art von Einsatzkräften vor Ort gibt Ihnen einen Hinweis darauf, um welchen Notfall es sich handelt.
"Wenn CRISPR einen Schnitt macht, ist die DNA gebrochen", sagte Beeke Wienert, Ph.D., ein Postdoktorand im Labor von Bruce R. Conklin in Gladstone, der die Arbeit als Teil des IGI-Labors von Jacob E. Corn begann. "Um zu überleben, rekrutiert die Zelle viele verschiedene DNA-Reparaturfaktoren an dieser bestimmten Stelle im Genom, um den Bruch zu beheben und die Schnittenden wieder miteinander zu verbinden.
"Wir dachten, wenn wir die Positionen dieser DNA-Reparaturfaktoren finden könnten, könnten wir die Stellen identifizieren, die von CRISPR geschnitten wurden."
Den Krankenwagen finden
Obwohl dies eine intuitive Lösung für das Problem war, mussten die Forscher es testen, um festzustellen, ob es funktionieren würde.
Der beste Weg, dies zu tun, bestand darin, das gesamte Profil der DNA-Reparaturfaktoren zu betrachten, die auf einen Anruf zur Reparatur beschädigter DNA reagieren könnten, und denjenigen zu finden, der am wahrscheinlichsten schnell auf diese Art von Anruf reagiert. Sie konnten dann identifizierender Reparaturfaktor, den sie suchten, MRE11, der immer einer der ersten Faktoren war, der auf ihre Änderungen reagierte. Von allen Ersthelfern, denen Sie begegnen könnten, Feuerwehr, Polizei usw. finden Sie alle bei Notfällen aller Art, die unterschiedliche Funktionen ausführen. Wenn Sie jedoch feststellen, dass der Sanitäter als Erster ankommt, wissen Sie dasEs liegt ein medizinischer Notfall vor.
Bei unbeabsichtigt beschädigten DNA-Sequenzen ist MRE11 die Zellversion des Arzneimittels mit Defibrillator. Mithilfe von MRE11 konnten die Forscher eine Technik entwickeln, die sie DISCOVER-Seq nennen und die entlang der Länge des DNA-Strangs nach Stellen suchen kann, an denen MRE11 gefunden wurde.
"Das menschliche Genom ist extrem groß - wenn Sie die gesamte DNA-Sequenz drucken, erhalten Sie einen Roman, der so hoch ist wie ein 16-stöckiges Gebäude", erklärt Dr. Bruce R. Conklin. Gladstone's leitender Ermittler und stellvertretender Direktor des IGI. "Wenn wir mit CRISPR DNA schneiden wollen, versuchen wir, ein bestimmtes Wort auf einer bestimmten Seite in diesem Roman zu entfernen."
"Sie können sich die DNA-Reparaturfaktoren als verschiedene Arten von Lesezeichen vorstellen, die dem Buch hinzugefügt wurden", fügte er hinzu. "Während einige ein ganzes Kapitel mit einem Lesezeichen versehen, ist MRE11 ein Lesezeichen, das genau auf den Buchstaben eingeht, der geändert wurde."
Nicht-invasive Suche wesentlich sicherer als Alternativen
DISCOVER-Seq ist nicht der erste Versuch, Off-Target-Gen-Edits zu lokalisieren. Das Problem bei anderen Methoden ist jedoch, dass sie möglicherweise eigene negative Folgen haben. Der Versuch, die unbeabsichtigten Änderungen zu lokalisieren, kann möglicherweise die Zelle töten, derenDNA, die Sie reparieren möchten. Es gibt auch die praktische Überlegung, dass alle diese Techniken an kultivierten Zellen in einem Labor durchgeführt werden, was ihre Verwendung in von Patienten stammenden Stammzellen ausschließt.
"Da unsere Methode auf dem natürlichen Reparaturprozess der Zelle beruht, um Schnitte zu identifizieren, hat sie sich als viel weniger invasiv und viel zuverlässiger erwiesen", sagt Jacob E. Corn Ph.D., ehemals vom Innovative Genomics Institute, jetzt aber Laboratorium an der ETH Zürich.
"Wir konnten unsere neue DISCOVER-Seq-Methode an induzierten pluripotenten Stammzellen, Patientenzellen und Mäusen testen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Methode möglicherweise in jedem System und nicht nur im Labor angewendet werden kann."