Wetenschap
Nieuwe strategie onderdrukt ongewenste verwijderingsgebeurtenissen om het bewerken van genoom veiliger en nauwkeuriger te maken
Een eenvoudige en robuuste strategie ontwikkeld door KAUST-wetenschappers zou kunnen helpen de veiligheid en nauwkeurigheid van CRISPR-genbewerking te verbeteren, een hulpmiddel dat al is goedgekeurd voor klinisch gebruik voor de behandeling van erfelijke bloedaandoeningen.
Deze aanpak pakt een cruciaal probleem aan met de CRISPR-technologie:het op specifieke punten in stukken snijden van het genoom en het vervolgens weer samenvoegen, wat inherent het risico inhoudt dat het DNA wordt beschadigd op een manier die grootschalige en onvoorspelbare verstoringen kan veroorzaken.
In de hoop dit probleem te verzachten, heeft een team onder leiding van Mo Li, een stamcelbioloog bij KAUST, DNA-reparatieroutes onderzocht die leiden tot grote genomische deleties na CRISPR-bewerking in menselijke stamcellen. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift BMC Biology .
Hun analyse leidde hen naar een proces dat bekend staat als microhomology-mediated end join (MMEJ), een foutgevoelig mechanisme dat weliswaar in staat is breuken in het DNA te herstellen, maar vaak grote deleties achterlaat.
De onderzoekers ondervroegen verschillende genen die betrokken zijn bij dit MMEJ-proces en vonden er twee die een centrale, maar tegengestelde rol speelden in deze ongewenste verwijderingsgebeurtenissen.
Eén gen, POLQ genaamd, bleek het risico op grote deleties na CRISPR-bewerking te vergroten. De andere, genaamd RPA, kwam naar voren als een genomische bewaker met beschermende effecten.
Door deze genen te manipuleren, hetzij met medicijnen die POLQ remmen, hetzij via genetische technieken die de expressie van RPA stimuleren, kon het KAUST-team vervolgens het optreden van schadelijke grote deleties verminderen zonder de efficiëntie van het bewerken van het genoom in gevaar te brengen. de genomische integriteit van bewerkte stamcellen.
"Deze eenvoudig te gebruiken aanpak zou de kans kunnen verkleinen dat deze schadelijke grote DNA-verwijderingen plaatsvinden", zegt Baolei Yuan, een voormalige Ph.D. student in Li's laboratorium en een van de architecten van het onderzoek, samen met Chongwei Bi en Yeteng Tian uit Li's laboratorium.
Bovendien bleken deze zelfde interventies de efficiëntie van homologiegericht herstel te vergroten, een mechanisme dat bekend staat om zijn vermogen om nauwkeurige genoombewerking mogelijk te maken zonder onbedoelde mutaties toe te voegen.
Dit bleek duidelijk uit experimenten met stamcellen die mutaties droegen in twee genen die verband houden met sikkelcelziekte en het Wiskott-Aldrich-syndroom, beide erfelijke bloedaandoeningen. Door POLQ of RPA te moduleren, bereikten de onderzoekers zeer nauwkeurige en betrouwbare genbewerking in deze cellen.
De bevindingen markeren een belangrijke stap voorwaarts in het verfijnen van CRISPR-technologie, stelt Li. "Het is echt spannend omdat het betekent dat we dichter bij veiligere en effectievere behandelingen voor genetische ziekten komen", zegt hij.
Nu er een voorlopige patentaanvraag is ingediend voor deze innovatieve strategie, blijft het team de mechanismen achter een breder scala aan ongewenste mutaties onderzoeken en de technieken aanscherpen om CRISPR veiliger en efficiënter te maken.
"Het bereiken van zowel hoge efficiëntie als veiligheid blijft een uitdaging die verdere ontwikkeling vereist", zegt Li, "en ons laboratorium blijft voorop lopen bij het zoeken naar nieuwe oplossingen."