Met behulp van een aangepaste versie van het CRISPR-genoombewerkingssysteem, MIT-onderzoekers hebben een nieuwe manier ontwikkeld om te screenen op genen die beschermen tegen specifieke ziekten.

CRISPR wordt normaal gesproken gebruikt om genen uit levende cellen te bewerken of te verwijderen. Echter, het MIT-team paste het aan om willekeurig verschillende genensets in grote celpopulaties in of uit te schakelen, waardoor de onderzoekers genen kunnen identificeren die cellen beschermen tegen een eiwit dat geassocieerd is met de ziekte van Parkinson.

De nieuwe technologie, beschreven in het journaal Moleculaire cel , biedt een nieuwe manier om medicijndoelen te zoeken voor veel ziekten, niet alleen Parkinson, zegt Timothy Lu, een MIT universitair hoofddocent elektrotechniek en informatica en biologische technologie.

"De stand van de techniek op dit moment is gericht op twee of drie genen tegelijk en dan kijken naar de effecten, maar we denken dat de genensets die gemoduleerd moeten worden om sommige van deze ziekten aan te pakken misschien breder zijn dan dat, " zegt Lu, wie is de senior auteur van de studie.

De hoofdauteurs van de paper zijn postdoc Ying-Chou Chen en promovendus Fahim Farzadfard.

Genen in- of uitschakelen

Het CRISPR-genoombewerkingssysteem bestaat uit een DNA-knipenzym genaamd Cas9 en korte RNA-geleidingsstrengen die gericht zijn op specifieke sequenties van het genoom, Cas9 vertellen waar het moet bezuinigen. Met behulp van dit proces, wetenschappers kunnen gerichte mutaties maken in het genoom van levende dieren, ofwel het verwijderen van genen of het invoegen van nieuwe.

In de nieuwe studie het MIT-team deactiveerde het snijvermogen van Cas9 en construeerde het eiwit zodat na binding aan een doelsite, het werft transcriptiefactoren (eiwitten die nodig zijn om genen aan te zetten).

Door deze versie van Cas9 samen met de gids-RNA-streng in afzonderlijke cellen af ​​te leveren, de onderzoekers kunnen zich richten op één genetische sequentie per cel. Elk gids-RNA kan een enkel gen of meerdere genen raken, afhankelijk van de specifieke gidsvolgorde. Hierdoor kunnen onderzoekers willekeurig het hele genoom screenen op genen die de overleving van cellen beïnvloeden.

"Wat we besloten te doen, was een volledig onbevooroordeelde benadering te volgen, waarbij in plaats van ons te richten op individuele genen van belang, we zouden gerandomiseerde gidsen in de cel uitdrukken, " zegt Lu. "Als je die aanpak gebruikt, kunnen we screenen op gids-RNA's die ongewoon sterke beschermende activiteiten hebben in een model van neurodegeneratieve ziekte."

De onderzoekers gebruikten deze technologie in gistcellen die genetisch gemanipuleerd zijn om een ​​eiwit te produceren dat geassocieerd is met de ziekte van Parkinson. bekend als alfa-synucleïne. Dit eiwit, die klonten vormt in de hersenen van Parkinsonpatiënten, is normaal gesproken giftig voor gistcellen.

Met behulp van dit scherm, het MIT-team identificeerde één gids-RNA-streng die een zeer krachtig effect had, cellen veel effectiever in leven houden dan elk van de individuele genen waarvan eerder is gevonden dat ze dit type gistcel beschermen.

Verdere genetische screening onthulde dat veel van de genen die door deze gids-RNA-streng worden aangezet, chaperonne-eiwitten zijn, die andere eiwitten helpen in de juiste vorm te vouwen. De onderzoekers veronderstellen dat deze chaperonne-eiwitten kunnen helpen bij de juiste vouwing van alfa-synucleïne, die zou kunnen voorkomen dat het klonten vormt.

Andere genen geactiveerd door het gids-RNA coderen voor mitochondriale eiwitten die cellen helpen hun energiemetabolisme te reguleren, en het verhandelen van eiwitten die betrokken zijn bij het verpakken en transporteren van andere eiwitten. De onderzoekers onderzoeken nu of het gids-RNA elk van deze genen afzonderlijk aanzet of dat het een of meer regulerende genen activeert die vervolgens de andere aanzetten.

Beschermende effecten

Nadat de onderzoekers deze genen in gist hadden geïdentificeerd, ze testten de menselijke equivalenten in menselijke neuronen, gekweekt in een laboratoriumschaal, die ook alfa-synucleïne overmatig produceren. Deze menselijke genen waren ook beschermend tegen alfa-synucleïne-geïnduceerde dood, wat suggereert dat ze de moeite waard kunnen zijn om te testen als gentherapiebehandelingen voor de ziekte van Parkinson, zegt Lu.

Wilson Wong, een assistent-professor biomedische technologie aan de Boston University, zegt dat de studie de diverse toepassingen benadrukt waarvoor CRISPR/Cas9 kan worden gebruikt.

"Het is ook interessant om te zien dat ze gist kunnen gebruiken als het startpunt van een genetische screening en om gids-RNA's te identificeren die beschermend zijn tegen alfa-synucleïne-toxiciteit in zoogdiercellen, " zegt Wong, die niet bij het onderzoek betrokken was. "Dit werk zou de weg kunnen banen voor het gebruik van gerandomiseerde gids-RNA's en gist om complexe menselijke biologie te ondervragen."

Lu's lab gebruikt deze benadering nu om te screenen op genen die verband houden met andere aandoeningen, en de onderzoekers hebben al enkele genen geïdentificeerd die lijken te beschermen tegen bepaalde effecten van veroudering.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.