“Mini” CRISPR genetsko urejen sistem za urejanje – lažje dovajanje v človeške celice za gensko terapijo

Raziskovalci iz Stanforda so zasnovali nov miniaturiziran sistem CRISPR, ki bi ga bilo treba enostavno dostaviti v človeške celice.

Bioinženirji so preoblikovali “nedelujoč” sistem CRISPR, da bi ustvarili manjšo različico orodja za inženiring genoma. Njegova majhnost olajša dostavo genske terapije v človeške celice, tkiva in telo.

Splošna analogija za urejanje gena CRISPR je, da deluje kot molekularna škarja in odreže izbrane dele DNK. Stanley Qi, docent za bioinženiring na univerzi Stanford, ima radi to analogijo, vendar meni, da je čas, da CRISPR ponovno opredelimo kot nož švicarske vojske.

“CRISPR je lahko tako preprost kot rezalnik ali pa napreden kot regulator, urejevalnik, označevalec ali slikalec. S tega vznemirljivega področja se pojavljajo številne aplikacije,” je dejal Qi, profesor na šoli Stanford. Docent za kemijo in sistemsko biologijo na Medicinski univerzi ter znanstvenik na Stanfordskem inštitutu Chem-H.

Številni različni sistemi CRISPR, ki se uporabljajo za gensko terapijo bolezni oči, jeter in možganov ali za klinična preskušanja, so po svojem obsegu omejeni, ker imajo vsi isto pomanjkljivost: preveliki so. je zelo težko porazdeliti v celice, tkiva ali žive organizme.

V prispevku, objavljenem 3. septembra molekularna celica, Qi in njegovi kolegi sporočajo, za kar menijo, da je velik korak naprej za CRISPR: učinkovit, večnamenski, Majhna Sistem CRISPR. Medtem ko so običajno uporabljeni sistemi CRISPR-z imeni, kot sta Cas9 in Cas12a, ki označujeta različne različice proteinov (Cas), povezanih s CRISPR-, sestavljeni iz približno 1000 do 1500. amino kisline, v njihovem “CasMINI” je 529.

Raziskovalci so v poskusih potrdili, da lahko Casamini izbriše, aktivira in uredi genetsko kodo, tako kot njeni boljši kolegi. Njegova majhnost pomeni, da ga je treba enostavno dostaviti v človeške celice in človeško telo, zaradi česar je potencialno orodje za zdravljenje različnih bolezni, ki običajno vključujejo očesne bolezni, deformacije organov in genetske bolezni.

READ  Meteorski tuš Leonid bo novembra prinesel padalke - kako in kdaj si ga ogledati

vztrajen trud

Da bi bil sistem čim krajši, so se raziskovalci odločili, da bodo začeli z beljakovino CRISPR Cas12f (znano tudi kot Cas14), saj vsebuje le približno 400 do 700 aminokislin. Tako kot drugi proteini CRISPR, Cas12f naravno izvira iz arhej-enoceličnih organizmov-kar pomeni, da ni dobro prilagojen celicam sesalcev, kaj šele človeškim celicam ali telesu. Znano je, da v celicah sesalcev brez sprememb deluje le nekaj beljakovin CRISPR. Na žalost CAS12f ni eden izmed njih. Zaradi tega je privlačen izziv za bioinženirje, kot je Qi.

“Mislili smo si:” No, milijone let evolucije tega sistema CRISPR ni uspelo spremeniti v nekaj, kar deluje v človeškem telesu. Ali ga lahko spremenimo v samo letu ali dveh? “Je dejal Qi. “Kolikor vem, je to prvič, da smo nedelujoči CRISPR pretvorili v delujočega.”

Dejansko Xiaoshu Xu, podoktorski učenjak v laboratoriju Qi in vodilni avtor članka, ni opazil nobene aktivnosti naravnega Cas12f v človeških celicah. Xu in Qi sta domnevala, da je vprašanje v tem, da je DNK človeškega genoma bolj zapletena in manj dostopna kot mikrobna DNA, zaradi česar Cas12f težko najde svojo tarčo v celicah. S preučevanjem računalniško predvidene strukture sistema Cas12f je skrbno izbral približno 40 mutacij v beljakovini, ki bi lahko omejeno omejile, in vzpostavil cevovod za testiranje več variant beljakovin hkrati. Delovna različica bi teoretično obarvala človeško celico z aktiviranjem zelene fluorescenčne beljakovine (GFP) v njenem genomu.

“Prej ta sistem eno leto sploh ni deloval,” je dejal Xu. “Toda po ponovitvah bioinženiringa smo videli, da so se nekateri inženirski proteini začeli vklopiti kot čarovnija. Zaradi tega smo resnično cenili moč sintetične biologije in bioinženiringa.”

READ  Študija ugotavlja, da samo cepljenje ne zadošča za zaustavitev širjenja variant

Prvi uspešni rezultati so bili skromni, vendar so Xu dali energijo in ga spodbudili, naj nadaljuje, ker je to pomenilo, da sistem deluje. Z več dodatnimi ponovitvami je lahko še izboljšala delovanje beljakovin. “Začeli smo z dvema celicama, označenimi z zastavico, zdaj pa je po inženiringu skoraj vsaka celica pod mikroskopom zelena,” je dejal Xu.

“V nekem trenutku sem ga moral ustaviti,” je dejal Qi. “Rekel sem:” To je za zdaj dobro. Naredili ste odličen sistem. Morali bi razmisliti, kako bi lahko to molekulo uporabili za aplikacije. “

Poleg inženiringa beljakovin so ga raziskovalci tudi izdelali kraljeva vojska ki vodi protein Cas do ciljne DNK. Spremembe obeh komponent so bile pomembne za delovanje sistema Casamini v človeških celicah. Preizkusili so Casaminijevo sposobnost brisanja in urejanja genov v laboratorijskih človeških celicah, vključno z geni, povezanimi z okužbo s HIV, protitumorskim imunskim odzivom in anemijo. Deloval je na skoraj vseh genih, ki jih je testiral, pri čemer so se mnogi odzvali močno.

Odpri vrata

Raziskovalci so začeli sodelovati z drugimi znanstveniki pri napredovanju genske terapije. Zanima jih tudi, kako lahko prispevajo k napredku v tehnologijah RNA – na primer tistemu, kar je bilo uporabljeno za razvoj mRNA. COVID-19 Cepiva – pri katerih je velikost lahko tudi omejujoč dejavnik.

“Sposobnost inženiringa teh sistemov je bila zaželena na tem področju že od prvih dni CRISPR in mislim, da smo naredili vse, da se premaknemo k tej realnosti,” je dejal Qi. “In ta inženirski pristop je lahko tako zelo koristen. To me navdušuje – odpira vrata novim možnostim.”

Referenca: “Inženirski miniaturni sistem CRISPR-Cas za urejanje in urejanje genoma sesalcev”, avtorji Xiaoshu Xu, Augustine Chemparathi, Leaping Zeng, Hannah R. Kempton, Stephen Shang, Muneki Nakamura in Lei S. Qi, 3. september 2021, molekularna celica.
DOI: 10.1016/j.molcel.2021.08.008

READ  Leta 2020 je bilo veliko raziskav v vesolju

Poleg tega sta Stanfordska soavtorja prispevka podiplomski študentki Augustine Chemparathy in Hannah Kempton ter podoktorski znanstveniki Leiping Zeng, Stephen Shang in Muneki Nakamura. Qi je tudi član Stanford Bio-X. Raziskovalni inštitut za zdravje matere in otroka (MCHRI), Stanfordski inštitut za raka in Inštitut za nevroznanosti Wu Tsai. To raziskavo je financirala Fundacija Li Ka Shing.

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x