Wetenschappers op de campus van The Scripps Research Institute (TSRI) in Florida hebben een geavanceerde technologie voor het bewerken van genen verbeterd om het vermogen van het systeem om zich te richten te vergroten, knip en plak genen in menselijke en dierlijke cellen - en verbreed de manieren waarop het CRISPR-Cpf1-bewerkingssysteem kan worden gebruikt om menselijke ziekten te bestuderen en te bestrijden.

Professor Michael Farzan, co-voorzitter van de afdeling Immunologie en Microbiologie van TSRI, en TSRI Research Associate Guocai Zhong verbeterde de efficiëntie van het CRISPR-Cpf1-genbewerkingssysteem door gids-RNA's met "multiplexing" -capaciteit op te nemen.

Gids-RNA's zijn korte nucleïnezuurstrengen die de CRISPR-moleculaire schaar naar hun beoogde gendoelen leiden. De TSRI-ontdekking betekent dat elk CRISPR-Cpf1-complex meerdere genetische doelen in een cel kan raken.

"Dit systeem vereenvoudigt en verbetert aanzienlijk de efficiëntie van het gelijktijdig bewerken van meerdere genen, of meerdere plaatsen van een enkel gen, "Zei Zhong. "Dit kan erg handig zijn wanneer meerdere ziektegerelateerde genen of meerdere plaatsen van een ziektegerelateerd gen moeten worden getarget."

"Deze aanpak verbetert het bewerken van genen voor een aantal toepassingen, " voegde Farzan toe. "Het systeem maakt sommige toepassingen efficiënter en andere toepassingen mogelijk."

Deze studie werd gepubliceerd als een geavanceerde online paper in het tijdschrift Natuur Chemische Biologie op 19 juni, 2017.

TSRI Advance maakt CRISPR efficiënter

Afkorting voor "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat, " het CRISPR-genbewerkingssysteem maakt gebruik van een oud bacterieel immuunafweerproces. Sommige microben verijdelen virale infectie door een stukje vreemd genetisch materiaal van een virus in zijn eigen DNA op te nemen, om als sjabloon te dienen. De volgende keer dat de microbe de virale sequentie tegenkomt, het wordt onmiddellijk herkend en versneden voor verwijdering met behulp van twee soorten RNA. Moleculen die gids-RNA's worden genoemd, geven de kaart aan de indringer, en CRISPR-effectoreiwitten fungeren als de schaar die het uit elkaar snijdt.

In de afgelopen vijf jaar, het CRISPR-genbewerkingssysteem heeft een revolutie teweeggebracht in de microbiologie en hernieuwde hoop dat genetische manipulatie uiteindelijk een nuttige behandeling voor ziekten zou kunnen worden.

Maar de tijd heeft de beperkingen van de technologie aan het licht gebracht. Voor een, gentherapie vereist momenteel het gebruik van een virale schaal om te dienen als het leveringspakket voor het therapeutische genetische materiaal. Het CRISPR-molecuul is gewoon te groot om met meerdere gids-RNA's in het meest populaire en bruikbare virale verpakkingssysteem te passen.

De nieuwe studie van Farzan en collega's helpt dit probleem op te lossen door wetenschappers meerdere gids-RNA's te laten verpakken.

Deze vooruitgang kan belangrijk zijn als gentherapie ziekten zoals hepatitis B, zei Farzan. Na infectie, hepatitis B-DNA zit in levercellen, langzaam de productie van nieuwe virussen sturen, uiteindelijk leidend tot leverschade, cirrose en zelfs kanker. Het verbeterde CRISPR-Cpf1-systeem, met zijn vermogen om te 'multiplexen, ' kan het virale DNA efficiënter verteren, voordat de lever onherroepelijk wordt beschadigd, hij zei.

"Efficiëntie is belangrijk. Als je 25 cellen in de lever wijzigt, het is zinloos. Maar als je de helft van de cellen in de lever wijzigt, dat is krachtig, ' zei Farzan. 'Er zijn andere goede gevallen - zeg spierdystrofie - waar als je het gen in voldoende spiercellen kunt repareren, je kunt de spierfunctie herstellen."

Twee soorten van deze moleculaire scharen worden nu veel gebruikt voor het bewerken van genen:Cas9 en Cpf1. Farzan zei dat hij zich op Cpf1 concentreerde omdat het nauwkeuriger is in zoogdiercellen. Het Cpf1-molecuul dat ze bestudeerden, was afkomstig van twee soorten bacteriën, Lachnospiraceae-bacterie en Acidaminococus sp., waarvan de activiteit eerder is onderzocht in E. coli. Een belangrijke eigenschap van deze moleculen is dat ze hun gids-RNA's uit een lange reeks van dergelijk RNA kunnen halen; maar het was niet duidelijk of het zou werken met RNA geproduceerd uit zoogdiercellen. Guocai testte dit idee door een bioluminescentie-gen van een vuurvlieg in het chromosoom van de cel te bewerken. Het aangepaste CRISPR-Cpf1-systeem werkte zoals verwacht.

"Dit betekent dat we eenvoudigere toedieningssystemen kunnen gebruiken voor het aansturen van het CRISPR-effector-eiwit plus gids-RNA's, "Zei Farzan. "Het gaat het CRISPR-proces efficiënter maken voor een verscheidenheid aan toepassingen."

Ergens naar uitkijken, Farzan zei dat het Cpf1-eiwit breder moet worden begrepen, zodat het nut ervan bij het leveren van gentherapievectoren verder kan worden uitgebreid.