Kornellovi istraživači su napravili važan korak ka iskorištavanju CRISPR gena za uređivanje u „ciljanom, bezbednom i snažnom“ lečenju raka, kaže Ailong Ke, profesor hemije i hemijske biologije na Koledžu za umetnost i nauku.
Enzim CRISPR-Cas3, jedan od mnogih različitih CRISPR sistema koji se prirodno nalaze u imunološkom sistemu bakterija, na kraju bi mogao da se koristi za pronalaženje jedinstvenih genetskih karakteristika u ćelijama raka i njihovo usitnjavanje, ubijajući ćelije raka, ostavljajući normalne ćelije netaknute, rekao je Ke. U saradnji sa istraživačima sa Univerziteta u Mičigenu, Ke je otkrio fundamentalne mehanizme koji pokreću sistem CRISPR-Cas3 i kontrolu njegove aktivnosti uređivanja unutar ljudskih ćelija.
Članak „Iskorišćavanje mehanizama aktivacije i inaktivacije u tipu I-C CRISPR-Cas3 za aplikacije za uređivanje genoma“ objavljen je u Molecular Cell 18. januara.
Studija je bila saradnja sa laboratorijom Jan Žanga, docenta biološke hemije na Univerzitetu u Mičigenu. Prvi autori su Chunii Hu, prethodno postdoktorski saradnik u Keovoj laboratoriji, i Mason T. Miers sa Univerziteta u Mičigenu.
„Umesto da napravi dupli lanac (u DNK) i stane na tome“, kao što to čini temeljno proučeni sistem CRISPR-Cas9, Ke je rekao, „CRISPR Cas3 će iseckati DNK na komade. Kada se unese u ljudske ćelije, to će izazvati dugo -brisanje opsega u ljudskom genomu.“
Pronađen u prirodi u imunološkom sistemu bakterija, CRISPR se može prenamijeniti da cilja bilo koju sekvencu DNK, rekao je Ke – to jest, kada istraživači saznaju sekvencu koja okružuje ciljnu DNK, poznatu kao motiv susednog protospacera (PAM). To je kao adresa za DNK.
„U teoriji [CRISPR] bi trebalo da bude u stanju da identifikuje bilo koju sekvencu koju želite da ciljate u genomu“, rekao je Ke. „Ali u stvarnosti samo podskup genomskih sekvenci može biti ciljan. To je zato što svaki Cas enzim traži specifičnu sekvencu potpisa u blizini mete, nazvanu PAM sekvenca. Ako terapeutskoj meti nedostaje određeni PAM koji Cas enzim traži , nemamo sreće. Da bismo prevazišli ovo ograničenje, moramo da prikupimo što više različitih Cas alata.“
Ke i drugi istraživači su već opisali nekoliko CRISPR-Cas3 alata, a trenutna studija potvrđuje još jednu. Nadaju se da će na kraju izgraditi arsenal protiv raka koji će sadržati oko pola tuceta Cas3 alata, svaki sa jedinstvenim PAM preferencijama. Na ovaj način, oni mogu da ciljaju širi spektar mutacija kod karcinoma koji imaju velika mutaciona opterećenja, rekao je on, kao što su rak kože i pluća.
Trenutna studija se fokusirala na CRISPR sistem poznat kao I-C, koji se prirodno nalazi u bakteriji Neisseria lactamica. I-C cilja na PAM drugačiji od prethodno proučavanih CRISPR sistema.
Istraživači su uspešno identifikovali PAM koji je tražio CRISPR-Cas3 sistem I-C i snimili njegove mehanizme koristeći kriogenu elektronsku mikroskopiju (crio-EM). Takođe su pronašli dva proteina nazvana anti-CRISPRS koji su pouzdani prekidači za IC mehanizam.
„Želimo da iskoristimo ovu moć, ali želimo da budemo sigurni da je bezbedna za upotrebu kod pacijenata. Pokazujemo da I-C Cas3 ispunjava oba kriterijuma“, rekao je Ke.
Studija daje istraživačima uverenje da poznaju ovaj molekularni sistem iznutra i spolja: kako funkcioniše, kako bira metu, kako aktivira jezgro da razgradi metu i kako se aktivnost može kontrolisati pomoću anti-CRISPR proteina.
Zatim će istraživači primeniti Cas3 alate na mutacije raka u ćelijskim kulturama kako bi proučili njihov uticaj.
Dok je terapija za uređivanje gena CRISPR Cas9 odobrena u SAD za lečenje određenih pacijenata sa bolešću srpastih ćelija koje ispunjavaju uslove, istraživanje o CRISPR-Cas3 ima dug put do kliničkih postavki, rekao je Ke. Dugoročni cilj njegove laboratorije i mnogih drugih istraživača je povećanje broja genetskih bolesti koje se mogu lečiti sa CRISPR-om kako se identifikuju različite mete.
„Postoji ogromna moć u tim CRISPR sistemima i ljudi žele da je primene na bilo koju genetsku bolest koju žele. Zaista smo ambiciozni, pokušavamo da ciljamo rak, koji je veoma agresivan oblik genetske bolesti“, rekao je Ke. „Koju bolest ljudi sada odluče da ciljaju je zaista određena tehničkim ograničenjem alata: koliko je bezbedno, koliko je uticajno, koliko efikasno možemo da isporučimo alatku.“
