Novi alat za uređivanje gena koji pomaže ćelijskoj mašini da preskoči delove gena odgovornih za bolesti primenjen je da smanji formiranje prekursora amiloid-beta plaka u mišjem modelu Alchajmerove bolesti, izvještavaju istraživači sa Univerziteta Ilinois Urbana-Champaign.
Primena kod živih miševa pokazuje poboljšanu efikasnost alata, nazvanog SPLICER, u odnosu na trenutni standard u tehnologiji za uređivanje gena, kao i potencijal za primenu kod drugih bolesti, rekli su istraživači. Predvođeni Pablom Perez-Pinerom, profesorom bioinženjeringa na U. of I., istraživači su objavili svoje nalaze u časopisu Nature Communications.
SPLICER koristi pristup za uređivanje gena koji se zove preskakanje egzona, što je od posebnog interesa za zdravstvena stanja uzrokovana mutacijama koje proizvode pogrešno savijene ili toksične proteine, kao što su Duchenneova mišićna distrofija ili Hantingtonova bolest.
„DNK sadrži uputstva za izgradnju svega što je odgovorno za to kako ćelije funkcionišu. Dakle, to je kao knjiga recepata koja sadrži veoma detaljna uputstva za kuvanje“, rekla je Perez-Pinera.
„Ali postoje veliki delovi DNK koji ne kodiraju ništa. To je kao, započnete recept za ćurku večeru, a zatim udarite na belešku koja kaže, ‘nastavak na strani 10.’ Posle 10. stranice, „nastavlja se na strani 25.“ Stranice između su besmislice.
„Ali recimo na jednoj od stranica sa receptom — u genetici, egzonu — postoji greška u kucanju koja čini ćurku nejestivom, ili čak otrovnom. sledeću stranicu, preskačući stranicu sa greškom, da bi na kraju mogli da napravite jestivu ćurku.
„Iako biste mogli da izgubite na sosu koji je bio na preskočenoj stranici, ipak biste večerali. Na isti način, ako možemo da preskočimo deo gena sa toksičnom mutacijom, dobijeni protein bi i dalje mogao da ima dovoljno funkcije da obavlja svoje kritične uloge“.
SPLICER se nadograđuje na popularnu platformu za uređivanje gena CRISPR-Cas9—sa ključnim promenama. Sistemi CRISPR-Cas9 zahtevaju specifičnu sekvencu DNK da se zakače, ograničavajući koji geni mogu da se uređuju. SPLICER koristi novije enzime Cas9 kojima ta sekvenca nije potrebna, otvarajući vrata novim ciljevima kao što je gen povezan sa Alchajmerovom bolešću na koji se fokusirala grupa iz Ilinoisa.
„Još jedan problem kojim se bavimo u našem radu je preciznost u onome što se preskače“, rekao je diplomirani student Angelo Miskalis, koautor rada.
„Sa trenutnim tehnikama preskakanja egzona, ponekad se ne preskače sav egzon, tako da još uvek postoji deo niza koji ne želimo da se izrazi. U analogiji sa kuvarom, to je kao da pokušavate da preskočite stranicu, ali nova stranica počinje u u sredini rečenice, a sada recept nema smisla.
Postoje dve ključne oblasti sekvence koje okružuju egzon koje govore ćelijskoj mašineriji koje delove gena da koristi za pravljenje proteina: jedan na početku i jedan na kraju. Dok većina alata za preskakanje egzona cilja samo jednu sekvencu, SPLICER uređuje i početnu i završnu sekvencu. Kao rezultat toga, ciljani egzoni se efikasnije preskaču, rekao je Miskalis.
Grupa iz Ilinoisa je odabrala da cilja na Alchajmerov gen za prvu demonstraciju SPLICER-ovih terapeutskih sposobnosti jer iako je ciljni gen dobro proučen, efikasno preskakanje egzona je ostalo nedostižno u živim organizmima. Istraživači su ciljali na specifičan egzon koji kodira sekvencu aminokiselina unutar proteina koji se cepa da formira amiloid-beta, koji se akumulira da bi formirao plakove na neuronima u mozgu kako bolest napreduje.
U kultivisanim neuronima, SPLICER je efikasno smanjio formiranje amiloid-beta. Kada su analizirali DNK i RNK izlaz mišjeg mozga, istraživači su otkrili da je ciljani egzon smanjen za 25% kod miševa tretiranih SPLICER-om, bez dokaza o efektima van cilja.
„Kada smo prvobitno pokušali da ciljamo ovaj egzon sa starijim tehnikama, to nije uspelo“, rekao je diplomirani student Shraddha Shirguppe, takođe koautor studije.
„Kombinovanje novijih osnovnih uređivača sa uređivanjem dvostrukog spajanja preskočilo je egzon mnogo boljom brzinom nego što smo ranije bili u mogućnosti sa bilo kojom od dostupnih metoda. Bili smo u stanju da pokažemo da ne samo da može bolje da preskoči ceo egzon, već je i smanjio proteina koji proizvodi plak u ovim ćelijama.“
„Preskakanje egzona funkcioniše samo ako je dobijeni protein i dalje funkcionalan, tako da ne može da leči svaku bolest na genetskoj osnovi. To je opšte ograničenje pristupa“, rekao je Perez-Pinera.
„Ali za bolesti kao što su Alchajmerova, Parkinsonova, Hantingtonova ili Dušenova mišićna distrofija, ovaj pristup ima veliki potencijal. Neposredni sledeći korak je da se pogleda bezbednost uklanjanja ciljanih egzona kod ovih bolesti i da se uverimo da ne stvaramo novi protein koji je toksičan ili nedostaje ključna funkcija Takođe bismo morali da uradimo dugoročne studije na životinjama i vidimo da li bolest napreduje tokom vremena.
