MIT ekibi tarafından geliştirilen yeni dağıtım sistemi hastalığa neden olan genleri siliyor ve kolesterolü düşürüyor.
Yeni bir araştırmada, MIT araştırmacıları, CRISPR genom düzenleme sistemini dağıtan ve özellikle farelerde genleri modifiye edebilen nanopartiküller geliştirdi. Ekip, taşıma için virüs kullanma ihtiyacını ortadan kaldırarak, CRISPR bileşenlerini taşımak için nanopartiküller kullandı.
Araştırmacılar, yeni dağıtım tekniğini kullanarak yetişkin hayvanlarda CRISPR ile elde edilen en iyi başarı oranı olan karaciğer hücrelerinin yüzde 80’inde belirli genleri kesmeyi başardı.
MIT’nin Kimya Mühendisliği Bölümü’nden doçent olan Daniel Anderson, “Burada gerçekten heyecan verici olan şey, Yetişkin bir hayvanın karaciğerinde DNA’yı kalıcı olarak ve özel olarak düzenleyebilmek için kullanılabilecek bir nanopartikül oluşturabileceğini gösterdik ” dedi.
Bu çalışmayı hedefleyen genlerden biri olan Pcsk9, kolesterol düzeylerini düzenler. Genin insan versiyonundaki mutasyonlar, baskın ailesel hiperkolesterolemi adı verilen nadir bir bozukluk ile ilişkili ve FDA yakın zamanda Pcsk9’u inhibe eden iki antikor ilacı onaylamıştır. Bununla birlikte, bu antikorların düzenli olarak alınması ve hastanın hayatının geri kalanında tedavinin sağlanması gerekiyor. Yeni nanopartiküller tek bir tedaviyi takiben geni kalıcı olarak düzenliyor ve MIT ekibine göre bu teknik diğer karaciğer hastalıklarının tedavisinde de vaat sunuyor.
Anderson, Doğa Biyoteknolojisinin 13 Kasım sayısında yayınlanan araştırmanın kıdemli yazarı. Gazetenin baş yazarı Koch Enstitüsü araştırma bilim adamı Hao Yin’dir. Diğer yazarlar David H. Koch Enstitüsü Profesörü MIT Robert Langer, Profesörler Victor Koteliansky ve Timofei Zatsepin, Skolkovo Bilim ve Teknoloji Enstitüsü ve Profesör Wen Xue de Massachusetts Tıp Fakültesi Üniversitesi’den.
Hasatlığı Hedefleme
Birçok bilim insanı, Cas9 adı verilen DNA kesme enziminden ve enzimi genomun belirli bir alanına yönlendiren kısa bir RNA’dan oluşan CRISPR için gerekli olan bileşenlerin sağlanması için güvenli ve etkili yollar geliştirmeye çalışıyor ve Cas9’u nereye yönlendirileceğini yönetiyor.
Çoğu durumda, araştırmacılar RNA rehberinin yanı sıra Cas9 için geni taşımada virüslere güvenirler. 2014’te Anderson, Yin ve arkadaşları yetişkin bir hayvanda bir hastalığın (karaciğer bozukluğu tirozinemi) CRISPR ile tedavi edilmesinin ilk gösterisinde viral olmayan bir uygulama sistemi geliştirdiler. Bununla birlikte, bu tür doğumlar karaciğere bir miktar zarar verebilecek bir yöntem olan yüksek basınçlı bir enjeksiyon gerektirir.
Daha sonra araştırmacılar, Cas9’u kodlayan haberci RNA (mRNA) ‘yı bir virüs yerine bir nanopartikül içine paketleyerek bileşenleri yüksek basınçlı enjeksiyon olmadan verebileceklerini gösterdiler. Kılavuz RNA’nın hala bir virüs tarafından sağlandığı bu yaklaşımı kullanarak, araştırmacılar, tirozinemi tedavisi için yeterli olan hepatositlerin yaklaşık yüzde 6’sında hedef geni düzenlemeyi başardılar.
Anderson’a göre bu taşıma tekniği gelecek vaat ediyor olsa da, bazı durumlarda viral olmayan bir taşıma sistemine sahip olmak daha iyi olacaktır. Bir düşünce, olarak belirli bir virüs kullanıldıktan sonra hastanın kendisine karşı antikor geliştireceği, böylece tekrar kullanılamayacağı sorusunu akla getiriyor. Ayrıca, bazı hastalarda, CRISPR nakil araçları olarak test edilen virüslere önceden var olan antikorlar bulunur.
Yeni Nature Biotechnology gazetesinde, araştırmacılar, hem Cas9 hem de RNA kılavuzunu nanopartiküller kullanarak, virüslere gerek duymadan teslim eden bir sistem ortaya kullandı. Kılavuz RNA’ları taşımak için ilk önce RNA’yı, vücudundaki enzimlerden korumak ve normal olarak RNA’yı modifiye etmek gerekiyor.
Araştırmacılar, iki RNA molekülünün bağlanmasına müdahale etmeden, Rehber RNA kolunun hangi bölümlerinin kimyasal olarak modifiye edilebileceğini bulmak için Cas9 ve RNA kılavuzu veya sgRNA’nın oluşturduğu kompleksin yapısını analiz ettiler. Bu analiz temel alınarak, olası pek çok değişiklik kombinasyonunu yarattılar ve test ettiler.
Yin, “Cas9 ve sgRNA kompleksinin yapısını bir rehber olarak kullandık ve rehber RNA’nın yüzde 70’ini değiştirebildiğimizi anlamaya yönelik testler yaptık” diyor. “Bunu ciddi bir şekilde değiştirebiliriz ve sgRNA ve Cas9’un bağlanmasını etkileyemez ve bu gelişmiş değiştirme gerçekten etkinliği arttırır.” ded.
Karaciğerin yeniden programlanması
Araştırmacılar, daha önce başka RNA türlerini karaciğere vermek için kullandıkları lipid nanopartiküllerine, bu modifiye RNA kılavuzlarını (gelişmiş sgRNA olarak adlandırdılar) paketledi ve bunları Cas9’u kodlayan mRNA içeren nanopartiküller ile birlikte farelere enjekte ettiler.
Hepatositler tarafından eksprese edilen birkaç farklı geni parçalamayı denedi ancak dikkatlerinin çoğunu kolesterol düzenleyen Pcsk9 genine odakladılar. Araştırmacılar bu geni karaciğer hücrelerinin yüzde 80’inden fazlasında ortadan kaldırabildi ve Pcsk9 proteini bu farelerde bulunamadı. Ayrıca, tedavi edilen farelerin toplam kolesterol düzeylerinde yüzde 35’lik bir düşüş bulundu.
Araştırmacılar şimdi bu yaklaşımdan fayda sağlayabilecek diğer karaciğer hastalıklarını belirlemek ve bu yaklaşımları hastalarda kullanmaya doğru ilerletmek üzerinde çalışıyorlar.
Anderson “Bence genleri özel olarak çevirebilen tamamen sentetik nanopartiküllere sahip olmak sadece Pcsk9 için değil aynı zamanda diğer hastalıklar için de güçlü bir araç olabilir” diyor. Karaciğer gerçekten önemli bir organdır ve aynı zamanda birçok insan için bir hastalık kaynağıdır.
Karaciğerinizin DNA’sını hâlâ kullanırken yeniden programlayabiliyorsak, ele alınabilecek birçok hastalık olduğunu düşünüyoruz.
Langer, “Nanoteknolojinin bu yeni uygulamasının gen düzenleme için açık yeni yollarını görmekten çok heyecanlıyız” dedi.
Araştırma Ulusal Sağlık Enstitüsü (NIH), Rus Bilim Fonu, Skoltech Merkezi ve Ulusal Kanser Enstitüsü’nden Koç Enstitüsü tarafından finanse edildi.
Kaynak : Tıkla
Bu makaleyi 5 dakikada okuyabilirsiniz.
Moleküler Biyoloji ve Genetik