Sciencemag.cz
Doporučujeme
Metoda úpravy genomu CRISPR nemusí zasahovat přímo do samotné DNA, ale tímto způsobem lze také pouze měnit aktivitu (čtení/expresi) jednotlivých genů, trvale, ale vratně. Nová technologie slibuje podstatně rozšířit možnosti úprav genomu.
Nejprve asi stojí za to poznamenat, že již existují metody na bázi CRISPR, jimiž se pouze zasáhne do čtení určitého místa genomu. Taková změna ale není trvalá ani dědičná.
Viz také: Budou sportovci dopovat pomocí CRISPR/CAS9?
Nově oznámená technologie je založená na methylaci DNA. James Nuñez a Jonathan Weissman (University of California, San Francisco) a jejich kolegové vytvořili nástroj, jehož pomocí lze umlčet většinu genů, a to vratně.
Systém CRISPR-Cas9 funguje v základu tak, že pomocí vodicích molekul RNA navede protein Cas9 na určené místo DNA, kde pak dojde k vytvoření zlomů. Tato změna je trvalá a také se spoléhá na to, že po narušení DNA do hry vstoupí opravné mechanismy samotné buňky. Nad nimi nemáme plnou kontrolu a výsledkem mohou být i neplánované další změny. Nová studie proto navrhuje nikoliv lámat DNA, ale pouze změnit expresi genů; methylace určitých míst v DNA způsobí, že se tato stanou nepřístupná pro RNA polymerázu, která převádí informaci z DNA do mRNA. Příslušná sekvence tedy v DNA zůstane, ale nebude aktivní.
Jonathan Weissman se svými spolupracovníky již dříve vytvořil epigenetické (tj. spojené s čtením, nikoliv zásahy do bází RNA) editory CRISPRi a CRISPRa, nicméně k jejich funkčnost byla omezená a udržet příslušné změny bylo možné jen s pomocí neustálé produkce umělých proteinů. Nová technologie s přepínačem CRISPRoff nic takového nevyžaduje. Změna je trvalá, přenáší se buněčným dělením do další generace (alespoň s nějakou procentuální účinností), navíc bezpečnější/spolehlivější než samotná metoda CRISPR-Cas9. A potenciálně může umožnit provádět i další věci, příslušné techniky mají mít vztah třeba i k fungování proticovidových vakcín Moderna a BioNTech.
Samotný mechanismus obnáší malý proteinový strojek, který je veden kousky RNA a methyluje v genomu konkrétní místa. Takto inaktivované geny lze zase znovu probudit druhým přepínačem CRISPRon, který methylové skupiny na konkrétních místech DNA odstraňuje. Zajímavé je, že tímto způsobem lze ovládat nejenom vlastní geny (místa v DNA, jimž odpovídají konkrétní proteiny), ale i regulační sekvence, které samy pouze ovládají aktivitu samotných genů. Navíc se ukázalo, že tímto způsobem se dají umlčet i ty oblasti v genomu, které neobsahují tzv. ostrovy CpG (dosud se pokládalo za podmínku, mimo kterou mechanismy methylace DNA nefungují).
Experimentálně se prokázalo, že CRISPRoff si zachovává funkci např. i při přeměnách indukovaných pluripotentních kmenových buněk (diferencované buňky uměle vrácené cca do stadia embryonálních kmenových buněk) na neurony. Epigenetické modifikace provedené editorem se tedy udržují nejen při samotném dělení, ale i při změně typu buněk. CRISPRoff dokázal také snížit expresi genu, který kóduje proteiny Tau – ty mají vztah ke vzniku Alzheimerovy choroby. To samozřejmě ještě zdaleka neznamená, že takhle jednoduše by se u dospělých lidí dalo Alzheimerově chorobě předcházet, ale ukazuje to možnosti, které by nová technika mohla otevřít.
Cell (2021). DOI: 10.1016/j.cell.2021.03.025
Zdroj: Whitehead Institute for Biomedical Research / Phys.org
