tutkimus

CRISPR on tullut voimakkaammaksi "kytkin" ansiosta

Kaikilla sen uskomattomilla ominaisuuksillageenin muokkaus, mekaanisesti CRISPR muistuttaa sähkötyökalua rikkoutuneella kytkimellä. Ajatelkaa: koko CRISPR-mekanismi on rakennettu koeputkeen, ja sen jälkeen se on aina aktiivinen, päällä ja toimii. Kun CRISPR on otettu eläimille tai ihmisille, se alkaa vaeltaa koko kehon haun kohteena olevasta geenistä.

Molekyylivalvonnan heikkeneminenSähkötyökalu ei tietenkään ole täydellinen ratkaisu: se voi liioitella sitä ja rikkoa muita kuin kohdegeenejä. Ja jos jokin menee pieleen, mekanismia ei voi välittömästi sammuttaa ennen kuin se aiheuttaa vahinkoa.

Tämän kuukauden alussa joukkue KaliforniastaBerkeleyn yliopisto yritti hankkia peto CRISPR. Pyöreän permutaatiotekniikan avulla tiimi organisoi CRISPR: n ProCas9-ohjelmoitavaksi työkaluksi, joka on hiljaisesti piilotettu soluihin, kunnes ulkoiset tekijät herättävät sen - esimerkiksi virusinfektio.

Tämä ”ylimääräinen turvallisuustaso” rajoittaa CRISPR-muokkaustekniikkaa solujen alaryhmään ”tarkkaa leikkausta varten”, sanoo tutkija Dr. David Savage.

Lisäksi ProCas9 voi mahdollisestireagoi loogisiin tuloihin, kuten "ja" tai "ei", mikä tarkoittaa, että se aktivoituu vain, jos noudatat tiettyjä ohjeita - esimerkiksi "tämä solu on syöpä" tai "tämä solu on tartunnan" johtaa siihen, että vastaus "lahjoita solu" , joka aktivoi CRISPR: n ja kehottaa sitä leikkaamaan selviytymiseen tarvittavat geenit. Tutkimus julkaistiin arvostetussa Cell-lehdessä.

Ota hallintaan CRISPR

Päivitä se vähän: CRISPR, geenin muokkaustyökaluna, on itse asiassa molekyylinen duetti. Ensimmäinen osa, joka ohjaa RNA: ta, on pieni verinen koira, joka etsii kohdegeeniä.

Heti kun geeni on kiinni, toinen komponentti - Cas9- aktivoitu leikkaukseen. Toisin kuin ohjaavat RNA: t, jotka koostuvat geneettisistä kirjaimista, Cas9 on proteiini. Berkeleyn tutkijat päättivät pelata tätä osaa käyttäen.

”Työmme laaja tavoite on harhauttaa ja käyttää ihmisiä ja poistaa tarpeettomia asioita, jotka eivät liity genomin muokkaamiseen”, Savage sanoo.

Mitä proteiinilla voidaan tehdä? Kuvittele hyvin pitkä numeroitu pallojen (aminohappojen) ketju, joka on rypistynyt monimutkaiseksi kolmiulotteiseksi rakenteeksi. Leikkaa ketju ja kykene järjestämään helmiä uudelleen siten, että niiden sijainti langalla on erilainen kuin alkuperäinen, ja laita ne solmuun tai kahteen, kun yhdistät proteiinilangan uudelleen.

Tämä on pohjimmiltaan joukkue. Tätä temppua kutsutaan "pyöreäksi permutaatioksi" ja muuntaa alkuperäisen proteiinin niin, että sillä on uusi alku ja loppu - ja se kehittyy eri muotoon. Tämä on valtava molekyylitason toiminta, joka yleensä tuhoaa proteiinin toiminnan.

Kirjoittajat sanovat, että he eivät olleet varmoja siitä, että se toimisi jotain niin monimutkaista kuin Cas9.

Yllättäen Cas9 oli lähes testi. Joukkue yritti leikata sen useaan pisteeseen ennen kuin löysi leikkauksia, jotka säilyttivät proteiinin toiminnan, mutta 10%: ssa tapauksista uudelleen asennettu Cas9 toimi lähes samalla tavalla kuin alkuperäinen.

Tässä on yksi älykäs piste: kun yhdistetään proteiinilangat, joukkue liukui molekyyliseen "porttiin", joka oli pieni linkkeri, joka tukki Cas9: n leikkauskykyä, jos linkkeri ei ollut rikkoutunut.

Mikä rikkoi ketjut? Joukko entsyymejä, joita kutsutaan proteaaseiksi.

Proteaasiherkkä linkkeri

Kuvittele, että proteaasit ovat pieniä saksiaoravat, jotka uivat elimistössä. Heidän koko perheensä: hyvät auttavat meitä pilkkomaan pihvejä ja papuja. Mutta on huono. Syöpäsolut esimerkiksi pumppaavat omat "pahat" proteaasit, jotka repivät ympäröivät kudokset ja edistävät niiden kasvua. Virukset voivat myös erittää virusproteaaseja, mikä on usein tarpeen niiden tunkeutumiseksi useisiin soluihin ja kudoksiin. Zika ja dengue ovat niiden joukossa, jotka käyttävät proteaaseja aseinaan, ja kasvi-infektiovirusten proteaasit auttavat hylkäämään perunoita ja muita kasveja.

Mutta proteaaseja ei leikata tahdolla. Pikemminkin kukin niistä on tarkoitettu vain pienelle määrälle aminohapposekvenssejä - "zip-koodeja", jotka se tunnistaa ja leikkaa.

Tämä tarkoittaa, että joukkue voi laittaaspesifinen zip-koodi, joka vastaa spesifistä proteaasia - esimerkiksi syöpäsoluista - Cas9-proteiinin uudelleenorganisoimiseksi linkkerinä. Siten linkkeri leikataan vain soluissa, joissa on tämä spesifinen proteaasi, ja siksi ne sisällytetään vain näihin soluihin. Ohjaus RNA: sta riippuen joukkue voi suunnitella aktivoidun CRISPR: n leikkaakseen selviytymiseen tarvittavat geenit - ja näin tappaa syöpäsolun.

Tässä mielessä uudet Cas9-proteiinit, nimeltään ProCas9 ("pro", koska "proteaasi"), muuttuvat pieniksi vakoojalaitteiksi, jotka tulevat kuolemaan aktivoinnin jälkeen.

Altruist Killer

Käsitteen testaamiseksi tutkijat esittivät Zikan tartunnan saaneita soluja uusille ProCas9: lle, joka oli varustettu RNA-oppailla ja jotka on koulutettu löytämään solujen elämää tukevia geenejä.

Vain viikossa uusi CRISPR-järjestelmä tuhosi tartunnan saaneet solut "altruistiseksi puolustukseksi". Terveet solut pysyivät hengissä ja ehjinä.

Tämä osoitti, että järjestelmä pysyi rauhallisena rauhan aikana, mikä rajoitti isäntän genomivahinkoja.

Joissakin kokeissa ProCas9 toimi aivan yhtä hyvin, uhraen West Nile -viruksen tartunnan saaneita soluja.

”Vaikka tämä käsite on hyvin varhainen,se osoittaa ajatuksen, että se voisi olla synteettinen immuunijärjestelmä ”, kertoo tutkija Benjamin Oaks. "Olemme luoneet proteiinin, joka havaitsee piilotetun uhan, joka voidaan ohjelmoida mihin tahansa."

Uusi CRISPR-järjestelmä ei todennäköisesti häiritseimmuunijärjestelmä. Proteiinin uudelleenjärjestelyn toinen etu on, että sen uudet päät kuljettavat kuormitusta paremmin, kuten muut DNA-modifioivat entsyymit tai indikaattorit, jotka hehkuvat pimeässä.

Ikään kuin Cas9 sai uuden suurvallan, jokaavulla voimme seurata, missä proteiini on solussa, tai muuttaa tiettyjen geenien ilmentymistä sen sijaan, että suoraan pilaantaisiin geneettistä materiaalia.

Berkeleyn joukkue on jo tarjonnut muutamiakäyttö tapauksissa. ProCas9 on hyödyllinen molekyyliseulonnassa tai huumeiden löytämisessä. Tai se voi rajoittaa DNA: n leikkaamista tietyille soluille "muokkauskompleksin täydellisen luovutuksen jälkeen kohdekudokseen tai elimeen", mikä lisää merkittävästi laitteen turvallisuutta, erityisesti kliinisessä ympäristössä.

Mutta mielenkiintoisin asia kaikesta on se, että emme oleovat sidoksissa CRISPR-mekanismiin, jonka luonto on antanut meille. Nämä proteiinit voidaan optimoida huolellisesti ja sijoittaa telineisiin, joita ei löydy luonnosta, mutta joilla on tarvittavat ominaisuudet käytettäväksi ihmissoluissa, tutkimuksessa tai hoidossa, sanoo Savage.

Ja mitä käyttötapoja näette uudelle työkalulle? Kerro siitä meille keskustelussa. Telegram.

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!