Uzbrajanie organów w CRISPR do walki z chorobą Huntingtona i ALS

UC San Diego Zdrowie.

Narzędzie do edycji genów CRISPR opiera się na naturalnym systemie obronnym osadzonym w komórkach bakteryjnych, który rozpoznaje i niszczy atakujące DNA wirusa.

Co by było, gdybyśmy mogli dodać ten sam mechanizm ataku do naszych własnych komórek? Startup biotechnologiczny, Locana , próbuje to zrobić, wprowadzając maszynerię CRISPR do ludzkich komórek, aby wyposażyć organizm w walkę z chorobą Huntingtona i stwardnieniem zanikowym bocznym, znanym również jako choroba Lou Gehriga.

Aby to zrobić, Gene Yeo, współzałożyciel firmy i profesor medycyny komórkowej i molekularnej na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, School of Medicine, zmienia cel CRISPR, aby dotrzeć do innego celu: RNA, cząsteczki przekaźnikowej zaangażowanej w przenoszenie i dekodowanie informacji genetycznej przechowywanej w DNA.

W chorobach takich jak stwardnienie zanikowe boczne, choroba Huntingtona i niektóre rodzaje dystrofii mięśniowej RNA gromadzi się i wytwarza nieprawidłowe białka, które powodują chorobę. Yeo mówi, że jest szczególnie zainteresowany tymi chorobami, ponieważ nie mają one skutecznych terapii i mogą być śmiertelne. Chce użyć CRISPR do zniszczenia toksycznych RNA i odwrócenia niszczących skutków choroby.

Zwykle CRISPR wykorzystuje białko do krojenia zwane Cas9, które rozpoznaje i rozdrabnia pożądany DNA, eliminując zmutowany gen. Yeo i jego zespół zmodyfikowali Cas9, aby pozostawić DNA w spokoju, a zamiast tego wiązać i ciąć problematyczne RNA.

W gabinecie opublikowany w sierpniu Yeo i jego koledzy użyli CRISPR-Cas9 do zniszczenia błędnych powtórzeń w sekwencjach RNA. Podczas testów laboratoryjnych narzędzie CRISPR Yeo zniszczyło 95 procent lub więcej tych węzłów RNA w komórkach z chorobą Huntingtona i rodzajem ALS.

Naukowcy przetestowali również podejście na postaci dziedzicznej dystrofii mięśniowej, zwanej dystrofią miotoniczną. Byli w stanie wyeliminować 95 procent wadliwych RNA w komórkach mięśniowych pobranych od pacjentów. Po zastosowaniu CRISPR, niegdyś chore komórki przypominały zdrowe. Yeo uważa, że ​​ponad 20 chorób genetycznych wywoływanych przez toksyczne powtórzenia RNA można potencjalnie w ten sposób leczyć.

Zniszczenie tych RNA jest jednak tylko tymczasowe. RNA stale się regeneruje, więc jego poziom w komórkach ostatecznie wraca do normy po kilku dniach do tygodnia. Yeo mówi, że to właściwie korzyść z używania CRISPR do celowania w RNA zamiast w DNA – efekty nie są trwałe.

W przypadku celowania RNA nie ma trwałych, nieodwracalnych uszkodzeń genomu, mówi Yeo.

Umożliwi to naukowcom wprowadzenie tymczasowych zmian w RNA i przetestowanie efektów na zwierzętach przed wstrzyknięciem ludziom eksperymentalnej terapii CRISPR. Yeo i inne laboratoria projektują cząsteczki, które mogą przerwać ten proces, jeśli coś pójdzie nie tak.

Terapia o tymczasowym działaniu byłaby skuteczniejsza w niektórych przypadkach, na przykład w stanach, które nie zagrażają życiu lub w chorobach zakaźnych, które wymagałyby jedynie krótkotrwałego leczenia. Ale aby leczyć ALS lub chorobę Huntingtona przez całe życie, potrzebujesz czegoś, co przetrwa dłużej niż kilka dni lub tydzień.

Tak więc Yeo projektuje kapsułkę wirusa, która przeniesie maszynerię CRISPR do właściwych komórek. Te transportery wirusowe pozwoliłyby białku Cas dłużej trzymać się w komórkach danej osoby – najlepiej przez lata, zamieniając Cas w mini arsenał, aby trzymać na dystans niesforne RNA.

Mitchell O’Connell, adiunkt biochemii i biofizyki w University of Rochester Medical Center, mówi, że takie podejście prawdopodobnie wymagałoby powtarzania leczenia przez lata. Różni się to od używania CRISPR do edycji DNA, co byłoby jednorazowym wstrzyknięciem lub procedurą.

O’Connell i inni badający CRISPR w celu ukierunkowania na RNA uważają, że ta funkcja może sprawić, że podejście będzie bezpieczniejsze niż edycja DNA. Korzystanie z CRISPR do edycji genów wiąże się z ryzykiem mutacji poza celem — niepożądanych cięć genetycznych, które mogą powodować poważne skutki uboczne u pacjentów, takie jak rak. Jak dotąd Yeo mówi, że widział kilka efektów odbiegających od celu, gdy szukał RNA. Uważa, że ​​to dlatego, że RNA jest bardziej specyficznym celem.

Można to przyspieszyć, ponieważ nie jest tak niebezpieczne, mówi O’Connell.

Inni badacze są również zainteresowani wykorzystaniem CRISPR do poszukiwania RNA. Feng Zhang, badacz z Broad Institute of MIT i Harvard, opublikował w tym tygodniu papier w Natura , gdzie wykazał, że inne białko tnące, znane jako Cas13, może być użyte do wykrywania, cięcia i śledzenia RNA w ludzkich komórkach. Wcześniej laboratorium Zhanga wykorzystywało CRISPR-Cas13 do celowania w RNA w komórkach bakteryjnych.

W nowym badaniu Zhang i jego koledzy wykorzystali ten sam system edycji CRISPR do zmniejszenia poziomu RNA wyrażanego przez trzy geny związane z rakiem.

ukryć