Sciencemag.cz
Doporučujeme
Technika editování genů CRISPR/Cas9 umožňuje provádět přesné změny v DNA organismu, a opravovat tak mutace, které způsobují genetická onemocnění. Metoda CRISPR/Cas9 však může v určité míře vést i k nechtěným mutacím DNA, které mohou mít negativní účinky.
Vědci v Japonsku proto vyvinuli novou techniku, která je stejně účinná jako CRISPR/Cas9 a zároveň tyto nechtěné mutace výrazně omezuje.
V nové studii publikované v Nature Communications představili vědci z Osaka University techniku NICER, která je založena na vytváření vícenásobných malých řezů v jednotlivých vláknech DNA enzymem nikáza.
Tradiční editor CRISPR/Cas9 využívá malé kousky genetického kódu (vodicí RNA) a enzym Cas9. Vodicí RNA se zaměří na určitý úsek DNA a enzym Cas9 v tomto místě iniciuje přerušení dvouřetězcové struktury DNA. Tento dvouřetězcový zlom je klíčový pro zahájení změn v DNA. Buněčná oprava dvouřetězcových zlomů však může vést i k nechtěným mutacím DNA a také k integraci exogenní DNA do lidského genomu, což vyvolává obavy o bezpečnost klinických aplikací technologie CRISPR/Cas9. Aby se tyto nechtěné mutace minimalizovaly, zkoumali vědci použití nikázy Cas9, která namísto toho vytváří jednořetězcové zlomy, „zářezy“ v DNA, které jsou obvykle opraveny, aniž by způsobily mutace.
„Pomocí techniky NICER se heterozygotní mutace – kdy se mutace nachází v jednom chromozomu, ale ne v jeho homologní kopii – opravují pomocí nemutovaného homologního chromozomu jako šablony,“ uvádí hlavní autorka studie Akiko Tomita.
Pro své první experimenty použil výzkumný tým lidské lymfoblastové buňky se známou heterozygotní mutací v genu TK1. Když byly tyto buňky ošetřeny nikázou, která vyvolala jediný řez v oblasti TK1, aktivita TK1 se obnovila v nízké míře. Když však nikáza vyvolala více zářezů v této oblasti na obou homologních chromozomech, účinnost opravy genu se zvýšila přibližně sedmnáctkrát prostřednictvím aktivace buněčného opravného mechanismu.
Další genomická analýza ukázala, že technika NICER jen zřídka vyvolává mutace mimo cíl.
Protože metoda NICER nezahrnuje dvouřetězcové zlomy DNA ani použití exogenní DNA, jeví se tato technika jako bezpečná alternativa ke konvenčním metodám CRISPR/Cas9. NICER může představovat nový přístup k léčbě genetických onemocnění způsobených heterozygotními mutacemi.
(Poznámka PH: CRISPR/Cas9 se používá, čili riziko nezamýšlených mutací zase není nějak kritické, jak by se z textu výše mohlo zdát.)
Jak se liší metody CRISPR/Cas9 a NICER
Vzhledem k mutagenní povaze opravy dvouřetězcových zlomů DNA existuje i v případě úspěšné opravy genové mutace zvýšené riziko vzniku mutací v oblastech odlišných od původního cíle CRISPR/Cas9. Kredit: S. Nakada
Editování genomu pomocí mutantu Cas9, nikázy. Enzym nikáza vyvolává místo dvouřetězcových zlomů DNA jednořetězcové zlomy (nicky). Zářezy jsou obvykle opraveny, aniž by způsobily mutace. Proto i když se nicky objeví na jiných místech, než byl původní cíl nikázy, nové genové mutace se na těchto místech objevují jen zřídka. Tento přístup umožňuje přesnou opravu genů s minimem mutací mimo cíl. Kredit: S. Nakada
Schéma metody editování genů NICER. Zářez je vytvořen v blízkosti mutace (a týká se výhradně mutované alely). Pouhé zavedení zářezu v blízkosti mutace podněcuje homologní rekombinaci mezi homologními chromozomy, ale s velmi nízkou rychlostí. Pokud se však provede jeden nebo dva další zářezy do obou alel, účinnost genové korekce prostřednictvím homologní rekombinace mezi homologickým chromozomy se výrazně zvýší. Kredit: S. Nakada
Inducing multiple nicks promotes interhomolog homologous recombination to correct heterozygous mutations in somatic cells, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41048-5
Zdroj: Osaka University / Phys.org, přeloženo / zkráceno
