เครื่องมือแก้ไขยีน CRISPR ที่ออกแบบใหม่มีข้อผิดพลาดน้อยกว่า 4,000 เท่า

ประทับเวลา: 28 มีนาคม 2022 10:00 น
โหนดต้นทาง: 1238422
CRISPR Superfi Cas9 ยีนแก้ไข DNA

CRISPR การแก้ไขยีนถือเป็นคำมั่นสัญญาที่ยิ่งใหญ่สำหรับการแก้ปัญหาที่หลากหลาย โรคที่สืบทอดแต่ความกังวลเกี่ยวกับเอฟเฟกต์ "นอกเป้าหมาย" ที่ไม่ได้ตั้งใจทำให้การเปิดตัวช้าลง ในที่สุด ระบบ CRISPR ที่ออกแบบใหม่อาจมีวิธีแก้ไขปัญหานี้ในทางปฏิบัติ

เมื่อเดือนที่แล้ว บริษัทชีวการแพทย์ Intellia reported ผลลัพธ์ที่มีแนวโน้ม จาก apHase หนึ่ง การทดลองใช้ CRISPR เพื่อรักษาโรคหายากที่เกิดจากโปรตีนในตับที่มีรูปแบบผิดปกติ แต่เกือบหนึ่งทศวรรษหลังจากการค้นพบเครื่องมือแก้ไขยีน ยังคงมีการรักษาเพียงเล็กน้อยในการทดลองทางคลินิก และจนถึงขณะนี้ยังไม่มีการอนุมัติจากหน่วยงานกำกับดูแล

เหตุผลหลักประการหนึ่งคือความกังวลเกี่ยวกับแนวโน้มของเทคโนโลยีที่จะทำให้จำนวน การเปลี่ยนแปลงโดยไม่ได้ตั้งใจ ต่อจีโนมที่อาจนำไปสู่ผลข้างเคียงที่ร้ายแรง ซึ่งรวมถึงมะเร็งด้วย มีความพยายามมากมายในการออกแบบเครื่องมือใหม่เพื่อให้มีความแม่นยำมากขึ้น แต่โดยทั่วไปแล้ว สิ่งนี้ส่งผลให้ความเร็วในการแก้ไขลดลงอย่างมาก

ด้วยการศึกษาโครงสร้างของระบบ CRISPR อย่างถี่ถ้วน ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเท็กซัสในออสตินได้ค้นพบวิธีที่จะออกแบบโปรตีน Cas9 ที่สำคัญในลักษณะที่ลดข้อผิดพลาดในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพไว้ “นี่อาจเป็นตัวเปลี่ยนเกมในแง่ของการประยุกต์ใช้ระบบ CRISPR Cas ในการแก้ไขยีนในวงกว้าง” เคนเน็ธ จอห์นสัน ผู้เขียนร่วมอาวุโส กล่าวในการแถลงข่าว.

โปรตีน Cas9 มีบทบาทสำคัญในระบบ CRISPR เอ็นไซม์มีหน้าที่ในการตัดลำดับดีเอ็นเอ ซึ่งทำให้สามารถขจัดยีนที่ผิดพลาดหรือสร้างพื้นที่เพิ่มสารพันธุกรรมใหม่ได้ เพื่อให้แน่ใจว่าเอ็นไซม์จะตัดในตำแหน่งที่ถูกต้อง เอนไซม์นี้จับคู่กับ RNA ไกด์ที่ออกแบบมาเพื่อผูกกับลำดับพันธุกรรมที่มีความยาวประมาณ 20 ตัวอักษร

กระบวนการชี้นำนี้อาจไม่ถูกต้องทั้งหมดเสมอไป และบางครั้งโปรตีน Cas9 ก็ตัดส่วนที่ผิดออกไป ซึ่งนำไปสู่การแก้ไขที่เรียกว่า "นอกเป้าหมาย" ขึ้นอยู่กับยีนที่ได้รับผลกระทบ สิ่งนี้อาจมีผลข้างเคียงที่ร้ายแรงสำหรับผู้ป่วยที่ได้รับการรักษาด้วยa การบำบัดด้วย CRISPR.

ดังนั้น เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมบางครั้งระบบจึงแก้ไขเป้าหมายที่ไม่ถูกต้อง นักวิจัยจึงใช้เทคนิคการถ่ายภาพล้ำสมัยที่เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกรอเพื่อถ่ายภาพสแนปชอตของโปรตีน Cas9 ขณะที่ล็อกอยู่ในลำดับที่ไม่ตรงกัน

พวกเขาพบว่าเมื่อ RNA ไกด์จับกับลำดับที่ไม่ถูกต้อง โดยปกติจะไม่สร้างหงิกงอที่เป็นลักษณะเฉพาะที่ทำให้ Cas9 สามารถผ่า DNA ได้ แต่พวกเขาดิสก์oว่าเมื่อลำดับถูกต้องยกเว้นตัวอักษรที่18th และ 20th ตำแหน่ง โครงสร้างคล้ายนิ้วบนโปรตีน Cas9 ทำให้ลำดับคงที่ แก้ไขรูปร่าง และปล่อยให้ถูกตัด

นี่เป็นครั้งแรกที่สังเกตกระบวนการรักษาเสถียรภาพนี้ และจากข้อมูลเชิงลึกนี้ ทีมงานได้ออกแบบโปรตีน Cas9 ใหม่เพื่อให้โครงสร้างที่เหมือนนิ้วไม่เชื่อมต่อกับลำดับที่ไม่ตรงกันอีกต่อไป โปรตีนที่ได้ซึ่งทีมวิจัยชื่อ SuperFi-Cas9 พบว่ามีโอกาสน้อยกว่าที่จะตัดไซต์เป้าหมาย 4,000 เท่าเมื่อเทียบกับ Cas9 ดั้งเดิม

นี่ไม่ใช่ความพยายามครั้งแรกในการออกแบบ Cas9 ใหม่เพื่อหลีกเลี่ยงการแก้ไขที่ไม่ต้องการ แต่วิธีการก่อนหน้านี้ทำให้ความเร็วในการแก้ไขลดลงอย่างมาก “พวกมันปลอดภัยกว่า Cas9 ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แต่มันมีค่าใช้จ่ายสูง: พวกมันทำงานช้ามาก” Jack Bravo ผู้เขียนร่วมคนแรกกล่าว

ในทางกลับกัน SuperFi-Cas9 นั้นเร็วเท่ากับโปรตีนดั้งเดิม ในขณะที่นักวิจัยได้ทดลองกับ DNA ในหลอดทดลองเท่านั้น พวกเขาได้เริ่มร่วมมือกับนักวิจัยคนอื่น ๆ เพื่อทดลองใช้ในเซลล์ที่มีชีวิต และมหาวิทยาลัยกำลังมองหาพันธมิตรในอุตสาหกรรมที่จะช่วยทำการค้าเทคโนโลยีนี้

แม้ว่าอาจต้องใช้เวลาสักระยะก่อนที่เทคโนโลยีใหม่นี้จะเข้าสู่คลินิก แต่การวิจัยเป็นขั้นตอนสำคัญในการสร้างการบำบัดด้วย CRISPR ที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น ซึ่งสามารถรักษาโรคได้หลากหลายในมนุษย์

เครดิตภาพ: Jack Bravo/University of Texas at Austin

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก Hub เอกพจน์