Vyvinutý „mini“ systém pro úpravu genů CRISPR – snadnější dodání do lidských buněk pro genovou terapii

Vědci ze Stanfordu navrhli nový miniaturní systém s technologií CRISPR, který by měl být snadněji dodáván do lidských buněk.

Bioinženýři znovu použili „nepracující“ systém CRISPR k vytvoření menší verze nástroje pro genomové inženýrství. Jeho malá velikost by měla usnadnit přístup k buňkám, tkáním a lidskému tělu pro genovou terapii.

Běžnou analogií pro úpravu genu CRISPR je to, že funguje jako molekulární nůžky a stříhá konkrétní části DNA. Stanley Key, odborný asistent bioinženýrství na Stanfordské univerzitě, má tuto analogii rád, ale myslí si, že je načase znovu si představit CRISPR jako švýcarský armádní nůž.

“Technologie CRISPR může být jednoduchá jako zastřihovač nebo pokročilejší jako regulátor, editor, štítek nebo zobrazování,” řekl Qi, který je také odborným asistentem chemie a systémové biologie na Stanfordské univerzitní lékařské fakultě a Stanfordském ChEMu. -H výzkumník. „Mnoho aplikací vychází z této vzrušující oblasti.“

Mnoho z různých systémů CRISPR, které se používají nebo jsou klinicky testovány pro genovou terapii chorob oka, jater a mozku, však zůstává v omezeném rozsahu, protože všechny trpí stejnou vadou: jsou příliš velké, a proto je obtížné je přenést do buněk, tkání nebo organismů.

V dokumentu publikovaném 3. září v molekulární buňkaQi a jeho spolupracovníci oznámili, co považují za obrovský krok vpřed pro CRISPR: mini Systém CRISPR. Zatímco běžně používané systémy CRISPR-s názvy jako Cas9 a Cas12a označující různé verze proteinů Cas spojených s CRISPR-jsou vyrobeny z přibližně 1 000 až 1 500 Aminokyseliny„CasMINI“ má 529.

Vědci ve svých experimentech potvrdili, že CasMINI může mazat, aktivovat a upravovat genetický kód stejně jako jeho větší protějšky. Jeho menší velikost znamená, že by mělo být snadnější dodávat do lidských buněk a lidského těla, což z něj činí potenciální nástroj pro léčbu různých nemocí, včetně očních chorob, degenerace orgánů a genetických chorob obecně.

READ  Strawberry Moon 2021: Jak dnes večer natočit obří úplněk na telefon nebo fotoaparát | Fotografování

neustálé úsilí

Aby byl systém co nejmenší, rozhodli se vědci začít s proteinem CRISPR Cas12f (také známým jako Cas14), protože obsahuje pouze asi 400 až 700 aminokyselin. Stejně jako ostatní proteiny CRISPR však Cas12f přirozeně pochází z Archaea – jednobuněčných organismů – což znamená, že je zcela nevhodný pro savčí buňky, natož pro lidské buňky nebo těla. Je známo pouze několik proteinů CRISPR, které fungují v savčích buňkách bez modifikace. CAS12f bohužel není jedním z nich. To z něj činí atraktivní výzvu pro bioinženýry, jako je Qi.

„Mysleli jsme si:„ No, miliony let evoluce nedokázaly z tohoto systému CRISPR udělat něco, co funguje v lidském těle. Můžeme to změnit za pouhý rok nebo dva? “Pokud vím, poprvé jsme převedli nefungující CRISPR na fungující.”

Xiaoshu Xu, postdoktorand v laboratoři Qi a hlavní autor článku, ve skutečnosti nepozoroval žádnou aktivitu normálního Cas12f v lidských buňkách. Xu a Qi předpokládali, že problém je v tom, že DNA lidského genomu je složitější a hůře dostupná než mikrobiální DNA, což Cas12f ztěžuje nalezení cíle v buňkách. Když zvážil výpočetně očekávanou strukturu systému Cas12f, pečlivě vybral asi 40 proteinových mutací, které by mohly toto omezení obejít, a vytvořil potrubí pro testování mnoha proteinových variant současně. Pracovní varianta by teoreticky zazelenala lidskou buňku aktivací zeleného fluorescenčního proteinu (GFP) v jejím genomu.

“Zpočátku tento systém rok nefungoval,” řekl Shaw. “Ale po iteracích bioinženýrství jsme viděli, že některé z upravených proteinů začaly fungovat, jako magie. Opravdu nás to přimělo ocenit sílu syntetické biologie a bioinženýrství.”

První úspěšné výsledky byly skromné, ale vzrušily Xu a povzbudily ji, aby pokračovala, protože to znamenalo, že systém funguje. Během mnoha dalších iterací se mi podařilo zlepšit výkon bílkovin. „Začali jsme tím, že jsme viděli pouze dvě buňky ukazující zelený signál, a nyní po inženýrství je téměř každá buňka pod mikroskopem zelená,“ řekl Xu.

READ  Průzkum nemocnice Cincinnati ohledně vakcíny proti COVID ukazuje, že třetina sester by práci raději ukončila, než aby byla nucena ji přijmout.

„V jednu chvíli jsem to musel zastavit,“ vzpomíná Che. “Řekl jsem: ‘To je v pořádku. Udělal jsi dobrý systém. Měli bychom přemýšlet o tom, jak můžeme tuto molekulu použít v aplikacích.'”

Vědci kromě inženýrství bílkovin také navrhli RNA který směruje protein Cas do cílové DNA. Aby systém CasMINI fungoval v lidských buňkách, byly nutné úpravy obou složek. Testovali schopnost CasMINI odstraňovat a upravovat geny v lidských buňkách závislých na laboratoři, včetně genů souvisejících s infekcí HIV, protinádorovou imunitní odpovědí a anémií. Fungovalo to téměř na každém genu, který testovali, se silnou odezvou v mnoha genech.

otevření dveří

Vědci již začínají sdružovat spolupráci s dalšími vědci na provádění genové terapie. Zajímá je také, jak může přispět k pokroku v technologiích RNA – například co bylo použito k vývoji mRNA COVID-19 Vakcíny – kde velikost může být také limitujícím faktorem.

“Tato schopnost zkonstruovat tyto systémy byla v oboru vyžadována již od počátků CRISPR, a mám pocit, že jsme udělali svou část, abychom se dostali k této realitě,” řekl Qi. Tento inženýrský přístup může být velmi prospěšný. To mě vzrušuje – otevřít dveře novým možnostem. “

Odkaz: „Miniaturní systém CRISPR-Cas pro regulaci a úpravy genomu savců“ Xiaoshu Xu, Augustine Chemparathy, Leiping Zeng, Hannah R. Kempton, Stephen Shang, Muneaki Nakamura a Lei S. Qi, 3. září 2021, molekulární buňka.
doi: 10,1016/j.molcel.2021.08.008

Dalšími spoluautory příspěvku na Stanfordské univerzitě jsou postgraduální studenti Augustine Chimbarathy a Hana Kimpton a postdoktoři Liping Zheng, Stephen Chang a Munyaki Nakamura. Qi je také členem Stanford Bio-X. Výzkumný ústav zdraví matek a dětí (MCHRI), Stanford Cancer Institute a Wu Tsai Neuroscience Institute. Tento výzkum byl financován nadací Li Ka Shing Foundation.

You May Also Like

About the Author: Waldo Kemp

"Hrdý výtržník. Oceněný odborník na kávu. Hodně padá. Typický webový fanatik. Twitter geek."

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *