Genoombewerkingstechnologieën hebben een revolutie teweeggebracht in de biomedische wetenschap, het verstrekken van een snelle en gemakkelijke manier om genen te wijzigen. Echter, de techniek waarmee wetenschappers de meest nauwkeurige bewerkingen kunnen uitvoeren, werkt niet in cellen die niet langer delen - waaronder de meeste neuronen in de hersenen. Deze technologie had beperkt gebruik in hersenonderzoek, tot nu. Onderzoeksmedewerker Jun Nishiyama, MD, doctoraat, Onderzoekwetenschapper, Takayasu Mikuni, MD, doctoraat, en wetenschappelijk directeur, Ryohei Yasuda, doctoraat aan het Max Planck Florida Institute for Neuroscience (MPFI) hebben een nieuwe tool ontwikkeld die, Voor de eerste keer, maakt nauwkeurige genoombewerking mogelijk in volwassen neuronen, het openen van enorme nieuwe mogelijkheden in neurowetenschappelijk onderzoek.

Deze nieuwe en krachtige tool maakt gebruik van de nieuw ontdekte genbewerkingstechnologie van CRISPR-Cas9, een viraal afweermechanisme dat oorspronkelijk in bacteriën werd aangetroffen. Wanneer geplaatst in een cel zoals een neuron, het CRISPR-Cas9-systeem werkt om DNA op een specifiek gerichte plaats te beschadigen. De cel herstelt vervolgens deze schade met overwegend twee tegengestelde methoden; een daarvan is niet-homologe end-joining (NHEJ), die vaak foutgevoelig zijn, en homologiegerichte reparatie (HDR), die zeer nauwkeurig is en in staat is gespecificeerde geninserties te ondergaan. HDR is de meer gewenste methode, waardoor onderzoekers flexibiliteit kunnen toevoegen, aanpassen, of verwijder genen afhankelijk van het beoogde doel.

Het was nogal een uitdaging om cellen in de hersenen over te halen om bij voorkeur gebruik te maken van het HDR-DNA-reparatiemechanisme. Oorspronkelijk werd gedacht dat HDR alleen beschikbaar was als een reparatieroute voor actief prolifererende cellen in het lichaam. Wanneer voorloper hersencellen uitgroeien tot neuronen, ze worden post-mitotische of niet-delende cellen genoemd, het volwassen brein grotendeels ontoegankelijk maken voor HDR - althans dat dachten onderzoekers eerder. Het team heeft nu aangetoond dat het mogelijk is voor post-mitotische neuronen van de hersenen om actief HDR te ondergaan, de strategie "vSLENDR (viraal gemedieerde eencellige labeling van endogene eiwitten door CRISPR-Cas9-gemedieerde homologie-gerichte reparatie)" noemen. De cruciale sleutel tot het succes van dit proces is het gecombineerde gebruik van CRISPR-Cas9 en een virus.

Adeno-geassocieerd virus (AAV) is een laag immunogeen, niet-toxisch virus dat door wetenschappers wordt gebruikt als een efficiënt leveringsmechanisme voor allerlei soorten genen. Dit virus kan effectief de donorsjabloon leveren die nodig is voor HDR, het verhogen van de efficiëntie ervan. Het team verpakte eerst de benodigde machines voor genoombewerking in de AAV en leverde deze af aan neuronen van transgene muizen die Cas9 tot expressie brengen. het bereiken van spectaculair efficiënte HDR in post-mitotische neuronen van de hersenen.

Vervolgens creëerden ze een dual-viraal systeem waarmee ze de technologie konden gebruiken bij dieren die niet waren ontworpen om Cas9 tot expressie te brengen. Ze testten dit dual-virale systeem in een muismodel met de ziekte van Alzheimer, wat aantoont dat de vSLENDR-techniek zelfs op hoge leeftijd kan worden toegepast in pathologische modellen.

vSLENDR is een krachtige nieuwe tool voor zowel basis- als translationele wetenschappen, in staat om genetische informatie nauwkeurig te bewerken, ongeacht het celtype, celrijpheid, hersengebied, of leeftijd. De nieuwe vSLENDR is efficiënter, flexibel, en beknopt, waardoor onderzoekers het potentieel hebben om een ​​groot aantal hersenprocessen en -functionaliteiten met ongekend gemak te bestuderen. Even belangrijk is het potentiële gebruik ervan in neuropathologische ziektemodellen, het versnellen van onderzoek en de ontwikkeling van nieuwe therapieën; het vestigen van de fundamentele wetenschap van vandaag als de basis voor de behandelingen van morgen.

De studie is gepubliceerd in neuron .