Bevæbning af kroppe med CRISPR for at bekæmpe Huntingtons sygdom og ALS

UC San Diego Health.

Genredigeringsværktøjet CRISPR er baseret på et naturligt forsvarssystem indlejret i bakterieceller, der genkender og ødelægger invaderende viralt DNA.

Hvad hvis vi kunne tilføje den samme angrebsmekanisme til vores egne celler? En bioteknologisk startup, Locana , forsøger at gøre netop det ved at indsætte CRISPR-maskineriet i menneskelige celler for at ruste kroppen til at bekæmpe Huntingtons sygdom og amyotrofisk lateral sklerose, også kendt som Lou Gehrigs sygdom.

For at gøre det omstiller Gene Yeo, virksomhedens medstifter og professor i cellulær og molekylær medicin ved University of California, San Diego, School of Medicine, CRISPR til at gå efter et andet mål: RNA, messenger-molekylet, der er involveret i overførsel og afkodning af den genetiske information, der er lagret i DNA.

Ved sygdomme som ALS, Huntingtons og nogle former for muskelsvind opbygges RNA og danner afvigende proteiner, der forårsager sygdom. Yeo siger, at han er særligt interesseret i disse sygdomme, fordi de ikke har nogen effektive terapier og kan være dødelige. Han ønsker at bruge CRISPR til at ødelægge giftige RNA'er og vende sygdommens ødelæggende virkninger.

Normalt bruger CRISPR et udskæringsprotein kaldet Cas9, der genkender og hakker det ønskede DNA, hvilket eliminerer et muteret gen. Yeo og hans team modificerede Cas9 til at lade DNA være i fred og i stedet binde sig til og skære problematisk RNA.

I et studie udgivet i august , Yeo og hans kolleger brugte CRISPR-Cas9 til at ødelægge fejlagtige gentagelser i RNA-sekvenser. Da det blev testet i laboratoriet, udslettede Yeos CRISPR-værktøj 95 procent eller mere af disse RNA-knuder i celler, der huser Huntingtons sygdom og en type ALS.

Forskerne testede også tilgangen på en form for arvelig muskeldystrofi, kaldet myotonisk dystrofi. De var i stand til at eliminere 95 procent af defekte RNA'er i muskelceller taget fra patienter. Efter at de havde anvendt CRISPR, lignede de engang syge celler raske. Yeo mener, at mere end 20 genetiske sygdomme, der er forårsaget af giftige RNA-gentagelser, potentielt kan behandles på denne måde.

At slå disse RNA'er ned er dog kun midlertidigt. RNA regenereres konstant, så dets niveau i celler til sidst vender tilbage til det normale efter et par dage til en uge. Yeo siger, at det faktisk er en fordel ved at bruge CRISPR til at målrette RNA i stedet for DNA - virkningerne er ikke varige.

Med RNA-målretning er der ingen permanent, irreversibel skade på genomet, siger Yeo.

Dette vil give videnskabsmænd mulighed for at foretage midlertidige ændringer af RNA og teste virkningerne på dyr, før de injicerer mennesker med en eksperimentel CRISPR-terapi. Yeo og andre laboratorier designer molekyler, der kan afbryde denne proces, hvis noget går galt.

En terapi med en midlertidig effekt ville virke bedre i nogle tilfælde, som for eksempel ved tilstande, der ikke er livstruende eller infektionssygdomme, der kun vil kræve kortvarig behandling. Men for at behandle ALS eller Huntingtons sygdom i løbet af en persons levetid, har du brug for noget, der varer længere end blot et par dage eller en uge.

Så Yeo designer en viruskapsel til at transportere CRISPR-maskineriet til de rigtige celler. Disse virale leverings-shuttles ville gøre det muligt for Cas-proteinet at holde sig i en persons celler længere – ideelt i årevis, hvilket gør Cas til et mini-arsenal for at holde uregerligt RNA i skak.

Mitchell O'Connell, en assisterende professor i biokemi og biofysik ved University of Rochester Medical Center, siger, at tilgangen sandsynligvis ville kræve gentagne behandlinger gennem årene. Det er anderledes end at bruge CRISPR til redigering af DNA, hvilket ville være en engangsinjektion eller -procedure.

O'Connell og andre, der studerer CRISPR for at målrette RNA, mener, at denne funktion kan gøre tilgangen mere sikker end DNA-redigering. Brug af CRISPR til at redigere gener medfører risiko for off-target mutationer - uønskede genetiske nedskæringer, der kan forårsage alvorlige bivirkninger hos patienter, såsom kræft. Indtil videre siger Yeo, at han har set få effekter uden for målet ved at forfølge RNA. Han tror, ​​det skyldes, at RNA er et mere specifikt mål.

Dette kunne øges hurtigere, fordi det ikke er så farligt, siger O'Connell.

Andre forskere er også interesserede i at bruge CRISPR til at gå efter RNA. Feng Zhang, en forsker ved Broad Institute of MIT og Harvard, offentliggjorde i denne uge et papir i Natur , hvor han viste, at et andet skærende protein kendt som Cas13 kunne bruges til at detektere, skære og spore RNA i humane celler. Tidligere brugte Zhangs laboratorium CRISPR-Cas13 til at målrette RNA i bakterieceller.

I den nye undersøgelse brugte Zhang og hans kolleger det samme CRISPR-redigeringssystem til at reducere RNA-niveauer udtrykt af tre gener forbundet med kræft.

skjule