Wetenschap
Wetenschappers die onderzoek doen naar RNA-bewerking belichten mogelijke levensreddende behandelingen voor genetische ziekten
Een team van de Montana State University publiceerde deze maand onderzoek dat laat zien hoe RNA, de nauwe chemische neef van DNA, kan worden bewerkt met behulp van CRISPRs. Het werk onthult een nieuw proces in menselijke cellen dat potentieel heeft voor de behandeling van een breed scala aan genetische ziekten.
Postdoctorale onderzoekers Artem Nemudryi en Anna Nemudraia voerden het onderzoek uit samen met Blake Wiedenheft, professor bij de afdeling Microbiologie en Celbiologie aan het MSU's College of Agriculture. Het artikel, getiteld "Repair of CRISPR-guided RNA breaks maakt plaatsspecifieke RNA-excisie in menselijke cellen mogelijk", werd op 25 april online gepubliceerd in het tijdschrift Science en vormt de nieuwste stap in de voortdurende verkenning van CRISPR-toepassingen voor programmeerbare genetische manipulatie.
CRISPR, wat staat voor Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, is een type immuunsysteem dat bacteriën gebruiken om virussen te herkennen en te bestrijden. Wiedenheft, een van de toonaangevende CRISPR-onderzoekers van het land, zei dat het systeem al jaren wordt gebruikt om DNA te knippen en te bewerken, maar dat het toepassen van soortgelijke technologie op RNA ongekend is.
DNA-bewerking maakt gebruik van een CRISPR-geassocieerd eiwit genaamd Cas9, terwijl het bewerken van RNA het gebruik van een ander CRISPR-systeem vereist, genaamd type-III.
"In ons vorige werk gebruikten we type-III CRISPR's om viraal RNA in een reageerbuis te bewerken", zegt Nemudryi. "Maar we vroegen ons af:kunnen we manipulatie van RNA in een levende menselijke cel programmeren?"
Om die vraag te onderzoeken heeft het team type-III CRISPR-eiwitten geprogrammeerd om RNA te knippen dat een mutatie bevat die cystische fibrose veroorzaakt, waardoor de celfunctie wordt hersteld.
"We waren ervan overtuigd dat we deze CRISPR-systemen konden gebruiken om RNA op een programmeerbare manier te knippen, maar we waren allemaal verrast toen we de RNA-sequentie bepaalden en beseften dat de cel het RNA weer aan elkaar had gehecht op een manier die de mutatie verwijderde", zegt hij. Wiedenheft.
Nemudryi merkte op dat RNA van voorbijgaande aard is binnen de cel; het wordt voortdurend vernietigd en vervangen.
"De algemene overtuiging is dat het niet veel zin heeft om RNA te repareren," zei hij. "We speculeerden dat RNA zou worden gerepareerd in levende menselijke cellen, en dat bleek waar."
Wiedenheft heeft de twee postdoctorale onderzoekers begeleid sinds hun aankomst bij MSU bijna zes jaar geleden, en zei dat de impact van hun wetenschappelijke bijdragen zal leiden tot aanzienlijke en voortdurende vooruitgang.
"Het werk van Artem en Anna suggereert dat RNA-reparatie een fundamenteel aspect van de biologie zou kunnen zijn en dat het benutten van deze activiteit kan leiden tot nieuwe levensreddende behandelingen", aldus Wiedenheft. "Artem en Anna zijn twee van de meest briljante wetenschappers die ik ooit ben tegengekomen, en ik ben ervan overtuigd dat hun werk een blijvende impact op de mensheid zal hebben."
RNA-bewerking heeft belangrijke toepassingen in de zoektocht naar behandelingen van genetische ziekten, zei Nemudryi. RNA is een tijdelijke kopie van het DNA van een cel, die als sjabloon dient. Het manipuleren van de template door DNA te bewerken zou ongewenste en potentieel onomkeerbare nevenveranderingen kunnen veroorzaken, maar omdat RNA een tijdelijke kopie is, zei hij, zijn de aangebrachte bewerkingen in wezen omkeerbaar en brengen ze veel minder risico met zich mee.
"Mensen gebruikten Cas9 om DNA te breken en te bestuderen hoe cellen deze breuken repareren. Vervolgens verbeterden ze op basis van deze patronen de Cas9-editors", zegt Nemudraia. "Hier hopen we dat hetzelfde zal gebeuren met het bewerken van RNA. We hebben een tool gemaakt waarmee we kunnen bestuderen hoe de cellen hun RNA repareren, en we hopen deze kennis te gebruiken om RNA-editors efficiënter te maken."
In de nieuwe publicatie laat het team zien dat een mutatie die cystische fibrose veroorzaakt, met succes uit het RNA kan worden verwijderd. Maar dit is slechts een van de duizenden bekende mutaties die ziekten veroorzaken. De vraag hoeveel van hen kunnen worden aangepakt met deze nieuwe RNA-bewerkingstechnologie zal richtinggevend zijn voor het toekomstige werk van Nemudryi en Nemudraia terwijl ze hun postdoctorale opleiding aan de MSU afronden en zich voorbereiden op faculteitsfuncties aan de Universiteit van Florida dit najaar. Beiden noemden Wiedenheft een levensveranderende mentor.
"Blake heeft ons geleerd niet bang te zijn om ideeën te testen", zei Nemudraia. "Als wetenschapper moet je dapper zijn en niet bang zijn om te falen. Het bewerken en repareren van RNA is het terra incognita. Het is eng maar ook spannend. Je hebt het gevoel dat je op de rand van de wetenschap werkt en de grenzen verlegt tot waar niemand dat heeft gedaan eerder geweest."