Geliştirilmiş düzenleme aracı, belirli konumlardaki insan genomuna gen boyutu dizileri ekleyerek potansiyel tedavileri genişletir
CRISPR ve ilgili gen düzenleme teknikleri sayesinde bilim adamları, belirli hastalıkları tedavi etmek için DNA’mızda küçük değişiklikler yapma konusunda gittikçe daha iyi hale geliyor. Ancak hala insan genomundaki kesin konumlara uzun DNA uzantılarını nasıl yerleştireceklerini çözüyorlar – düzenleme ile tedavi edilebilir koşul yelpazesini genişletebilecek bir başarı. Şimdi, bir araştırma ekibi, bakteri hücrelerinden ödünç alınan bir dizi CRISPR ile ilgili moleküler aracın verimliliğini artırdı. Bugün Science’da, insan hücrelerine tüm genlerin büyüklüğünde DNA segmentlerini kurmak için bu araçları kullandıklarını bildiriyorlar. Bilim insanları, bazı zorlu teknik zorluklar ortaya çıksa da, sonucun bu bakteri sistemini pratik hastalık tedavilerine dönüştürmeyi kolaylaştırabileceğini söylüyor.
Bağışıklık hücrelerinin genomlarını düzenlemek için yöntemler geliştiren ve çalışmayla bağlantılı olmayan Baylor Tıp Fakültesi’nden immünolog Dimitrios Wagner, “Büyük DNA parçaları koymaya büyük ilgi var” diyor. Çalışma “teknolojiyi daha iyi hale getirmek için önemli bir adımdır.”
Belirli yerlerde ağır DNA parçalarını takmak için bir teknik, çeşitli mutasyonlardan kaynaklanan kistik fibroz ve hemofili B gibi hastalıklar için tedavilerin gelişimini hızlandırabilir. Örneğin, kistik fibrozda 2000’den fazla DNA kusuru rol olmuştur. Araştırmacılar bütün düzeltilmiş bir gen ekleyebilirlerse, birçok mutasyon için tek bir tedavi hazırlayabilirler. Bugün erken saatlerde enzim bozukluğu olan bir bebek için bildirilen kişiselleştirilmiş düzeltme gibi, her genom hatasını ele alan özel bir tedavi için tasarlamak, test etmek ve düzenleyici onay almak zorunda kalmayacaklardı. Gen ekleme teknolojileri, bilim adamlarının kanserle savaşan genetik olarak değiştirilmiş bağışıklık hücreleri olan kimerik antijen reseptör-T hücrelerini geliştirmelerine de izin verebilir.
Zorluk, bunun nasıl yapılacağıydı. Gen terapisi genellikle tam boyutlu genleri hücrelere taşımak için evcilleştirici virüslere dayanır. Ancak yaklaşım kesin değil. Eklenen genler genomdaki rastgele yerlere iner veya hiç girmeyebilir. Buna karşılık, hassasiyet, orak hücre anemisini tedavi etmek için onaylanmış ve bir dizi başka hastalığa karşı test edilen CRISPR ve zahmetli DNA tabanlarını değiştiren ve aynı zamanda klinik denemelere giren bir CRISPR yan ürünü olan temel düzenleme gibi gen düzenleme tekniklerinin ayırt edici özelliğidir. Bu tür teknikler 200’den az bazın değişiklikleri için iyi çalışır, ancak insan genleri tipik olarak binlerce baz uzunluğundadır. Geleneksel CRISPR sistemlerinin bir başka sınırlaması, düzenleme alanında her iki DNA ipliğinde de kırılmalar bırakmalarıdır, bu da genetik materyalin kaybı veya kazanımı gibi zararlı etkilere yol açabilir.
Yeni çalışma bunun yerine, bu çift iplikli kırıkları oluşturmadan DNA’yı yerleştirebilen CRISPR ile ilişkili transpozazlar veya CAST’ler adı verilen enzimlere dayanıyor. Bakteri hücrelerinde, CAST’ler transpozonlar olarak bilinen parazitik DNA dizilerinin genomda bir yerden bir yere zıplamasına yardımcı olur. Enzimlerdeki bir kılavuz RNA ipliği, göçebe dizilerin nereye yerleştirileceğini belirler.
Önceki çalışmalar, CAST’lerin DNA parçalarını bakteri genomlarındaki hedef konumlara ayakkabı boynuzu sokmada neredeyse %100 verimli olduğunu belirlemiştir. Ama insan hücrelerinde yetersiz kaldılar. Örneğin, geçen yıl Columbia Üniversitesi’nden biyokimyacı Samuel Sternberg ve meslektaşları, sürecin verimliliğinin yalnızca yaklaşık %0,1 olduğunu bildirdi.
Sternberg’in laboratuvarı, yaklaşımı geliştirmek için Harvard Üniversitesi ve Broad Enstitüsü’nde kimyasal biyolog olan genom düzenleme virtüözü David Liu liderliğindeki bir ekiple güçlerini birleştirdi. CAST kadar karmaşık bir sistemde iyileştirmeler tasarlamak zordur, bu nedenle ekip Liu’nun laboratuvarında geliştirdiği bakteri ve viral parazitleri içeren yapay bir evrim sistemine yöneldi. Araştırmacılar, bazı CAST proteinlerinin dizilerini virüslerin genomlarına yerleştirdiler. Patojenlerin çoğalması için, CAST’lerinin bakterilerin DNA’sını manipüle etmesi ve mikroplarda viral replikasyonu sağlayan bir geni aktive etmesi gerekiyordu.
Virüsleri rastgele mutasyona uğramak, CAST proteinleri konakçılarının DNA’sına kayma ve ekleme yapmada en verimli olan suşları evrimleştirmek için doğal seçilim için yem sağladı. Liu, yaklaşımın doğal evrim hızını 1000 kat hızlandırdığını söylüyor. “Sorunu çözmek için kullandığımız şey buydu.”
CAST bileşenlerinin yüzlerce viral nesil boyunca gelişmesine izin verdikten sonra, araştırmacılar onları ince ayar yaptılar ve ardından sistemi çeşitli insan hücre hatlarında testlerden geçirdiler. Deneyler, güncellenmiş sistemin tipik olarak %10 ile %30 arasında düşen verimliliklerle orijinalinden yaklaşık 200 kat daha iyi çalıştığını gösterdi. Araştırmacılar ayrıca insan hücrelerinde, yükseltilmiş CAST’lerin, hemofili B’de hatalı olan faktör IX olarak bilinen bir kan pıhtılaşma proteini için bir gen eklemek gibi klinik olarak ilgili olabilecek değişiklikler yapabileceğini gösterdi.
St.’den moleküler genetikçi Shondra Miller, makalenin CAST’ların “insan hücrelerine kayda değer seviyelerde” büyük DNA parçaları yerleştirebileceğinin ilk gösterisini sunduğunu ve yaklaşımın verimliliği için “bir bayrak diktiğini” söylüyor. Jude Çocuk Araştırma Hastanesi. Stanford Üniversitesi’nde biyomühendis olan Stanley Qi, ekibin “temel protein bileşenlerinin yönlendirilmiş evrimindeki etkileyici çalışmalarını” övdü.
San Raffaele Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden gen terapisi araştırmacısı Luigi Naldini, çalışmanın “mühendislik açısından bir güç gösterisi” olduğunu, ancak “klinik çeviri için gitmenin bir yolu olduğunu” söylüyor. CAST’ler nispeten büyüktür, bu da onları hasta hücrelerine sokmayı zorlaştırabilir. CAST’leri vücuttaki doğru dokulara vermek de zor olabilir. Ve Liu, araştırmacıların hücrelerin patojenlere karşı doğal savunmalarıyla uğraşmak zorunda kalabileceğini belirtiyor. “Birçok hücre, içine büyük DNA parçalarının yerleştirilmesine itiraz eder. Viral saldırı altında olduklarını düşünüyorlar.”
Bilim adamları, Liu ve meslektaşlarının 2021’de ortaya çıkardığı PASSIGE olarak bilinen ve CAST’ler yerine rekombinazlar adı verilen DNA değiştirme enzimlerine dayanan bir teknik de dahil olmak üzere insan genomuna büyük DNA parçaları eklemek için başka yöntemler geliştiriyorlar. Sternberg, “En iyi teknolojinin ne olacağını söylemek için henüz çok erken,” diyor. Ancak şimdi araştırmacılar “onları kafa kafaya karşılaştırma fırsatına sahipler.”
Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsiniz.