De CRISPR / Cas9-genschaar kan nu ook puntmutaties corrigeren door een wijziging (afbeelding: Blackjack3D / iSTock)
De CRISPR / Cas9-genschaar wordt al lang gevierd als een doorbraak in genetisch onderzoek en gentherapie. Nu zijn Amerikaanse onderzoekers erin geslaagd deze tool zo aan te passen dat deze zelfs specifiek puntmutaties kan corrigeren. De genschaar converteert de defecte DNA-basis, zonder het genoom te hoeven knippen. In een eerste test konden de onderzoekers al twee mutaties in het APOE4-gen repareren - en daarmee een bekende risicofactor voor de ziekte van Alzheimer corrigeren.

Lange tijd was het veranderen of bewerken van genen in het genoom een ​​vervelende en dure aangelegenheid. Dat komt omdat precies het juiste stuk van het gen moest worden uitgesneden en indien nodig vervangen - een prestatie die vaak misliep vanwege het gebrek aan nauwkeurigheid van dergelijke methoden. Maar toen, een paar jaar geleden, ontdekten onderzoekers een mechanisme waarmee bacteriën terugvechten tegen virusaanvallen: de zogenaamde "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats" - kort CRISPR. Deze, samen met het enzym Cas9, kunnen nieuwe DNA-sequenties naar een specifieke plaats van het genoom richten. Dit maakt CRISPR / Cas9 voor genetici en biotechnologen de tool waarop ze al lang hebben gewacht: het is relatief nauwkeurig, goedkoop en zo gemakkelijk te gebruiken dat onderzoekers het belang van deze methode vergelijken met die van de Volkswagens für die Automobil-Industrie. CRIPR / Cas9 is al gebruikt om ziektegenen uit genetisch materiaal van muizen te verwijderen, virusresistente varkens te fokken en muggen ongeschikt te maken voor malariapathogenen. In China hebben onderzoekers ook de dubbele controversiële invasie van de menselijke kiembaan gedurfd: ze hebben het genetische materiaal van bevruchte menselijke eicellen bewerkt.

CIRSPR / Cas9 is echter niet onfeilbaar en kan leiden tot miskramen voor genvervanging. Bovendien: een van de belangrijkste oorzaken van erfelijke ziekten kon dus niet precies genoeg worden opgelost: de puntmutatie. In dit geval wordt slechts een enkele base in de DNA-streng gewijzigd. Tot nu toe zijn pogingen gedaan om dit te corrigeren met behulp van CRISPR / Cas9, er zijn zeer frequente willekeurige invoegingen van ongewenste DNA-sequenties of foutieve weglatingen van hele secties geweest. Deze collectief aangeduid als "indels" -fouten traden onder meer op omdat het snijden van de DNA-dubbelstrengs celreparatiemechanismen ter plaatse, die op hun beurt het DNA veranderen en dus deze fouten veroorzaken. David Liu en zijn collega's aan de Harvard University in Cambridge hebben nu echter CRISPR / Cas9 aangepast zodat de genenschaar het DNA niet meer snijdt. In plaats daarvan kan het met behulp van bijgevoegde enzymen selectief één DNA-base in een andere omzetten - puntmutaties corrigeren.

C wordt T

En zo werkt de nieuwe variant van de genschaar: het CRISPR-gedeelte zorgt er zoals voorheen voor dat de schaar op basis van hun basensequentie de gewenste positie in het DNA lokaliseert en zich eraan hecht. Zodat het Cas9-enzym nu niet wordt gesneden, hebben Liu en zijn collega's het uitgeschakeld. "Deze katalytisch dode Cas9 behoudt zijn vermogen om aan het DNA te binden, maar snijdt de streng niet meer af", leggen de onderzoekers uit. Ze hebben nu een enzym aan dit complex gehecht, dat het vermogen heeft om de DNA-base cytosine in een tussenstap in thymine te transformeren. Twee andere varianten zorgen ervoor dat deze basisuitwisseling effectiever en duurzamer wordt. Vervolgens testten de onderzoekers of hun nieuwe genschaar ook in menselijke cellen werkt - en dus in de omgeving waarin ze later zullen worden gebruikt. Ze brachten hun CRISPR / Cas9-variant in cellen, die elk een van de vijf bekende puntmutaties hadden, en in cellen met twee puntmutaties op het APOE4-gen - deze mutaties worden beschouwd als een risicofactor voor de ziekte van Alzheimer.

Het resultaat: in alle experimentele benaderingen converteerde de genschaar de defecte basen in maximaal 75 procent van de cellen in de juiste base, zoals de onderzoekers melden. Bovendien traden slechts extreem weinig Fehlumwandlungen of Indels op. "Deze resultaten tonen aan dat deze methode efficiëntere en foutief gecorrigeerde ziekte-inducerende puntmutaties in zoogdiercellen kan corrigeren", aldus Liu en zijn collega's. De ontwikkeling van deze nieuwe CRISPR / Cas9-gebaseerde tool voor gerichte DNA-base-uitwisseling vergroot dus zowel het potentiële gebruik als de effectiviteit van het bewerken van genen. tonen

bron:

  • David Liu (Harvard University, Cambridge, Massachusetts) et al., Nature, doi: 10.1038 / nature17946
© science.de - Nadja Podbregar
Aanbevolen Editor'S Choice