Bridge-bewerking verbindt twee DNA-strengen fysiek met elkaar
Visuele Wetenschap
Een krachtige vorm van DNA-bewerkingsmachinerie ontdekt in bacteriën zou ons in staat kunnen stellen veel grotere veranderingen in genomen aan te brengen dan momenteel mogelijk is met op CRISPR gebaseerde technieken. Het is echter nog niet duidelijk of het in menselijke cellen zal werken.
Patrick Hsu van het Arc Institute in Californië noemt de nieuwe genoomeditor een ‘brugbewerkingssysteem’ omdat het twee stukken DNA fysiek met elkaar verbindt of overbrugt. Het kan worden gebruikt om grote delen van het genoom te veranderen, zegt Hsu, wiens team uitwerkte hoe ‘parasitaire’ DNA-sequenties in bacteriën op natuurlijke wijze gebruik maken van het replicatiesysteem en hoe dit kan worden aangepast voor genoombewerking.
“We zijn enthousiast over het potentieel om veel bredere genomische veranderingen aan te brengen die verder gaan dan wat we momenteel met CRISPR kunnen doen”, zegt hij. “Wij denken dat dit een belangrijke stap is in de richting van een bredere visie op genoomontwerp.”
CRISPR-genbewerking heeft een revolutie teweeggebracht in de biologie sinds de introductie ervan in 2012. Het wordt voor veel verschillende doeleinden gebruikt en vorig jaar zijn de eerste op CRISPR gebaseerde behandelingen goedgekeurd. De basisvorm van CRISPR, die gebruik maakt van het Cas9-eiwit, is echter meer een genvernietiger dan een geneditor.
Het standaard CRISPR Cas9-eiwit bestaat uit twee delen. Eén deel bindt zich aan het gids-RNA-molecuul en zoekt naar DNA dat overeenkomt met een bepaald deel van het gids-RNA. Omdat het eenvoudig is om op maat gemaakte gids-RNA’s te maken, betekent dit dat CRISPR Cas9 kan worden “geprogrammeerd” om elk deel van het genoom te doorzoeken.
Het tweede deel van CRISPR Cas9 is een snijder die het DNA doorsnijdt nadat Cas9 zich aan zijn doellocatie heeft gebonden. De cel repareert de schade en Cas9 snijdt deze opnieuw af, totdat er fouten worden gemaakt tijdens de reparatie, waardoor de doellocatie op een gerichte manier wordt gemuteerd.
Hoewel het vermogen om specifieke locaties te muteren nuttig is, geven biologen er de voorkeur aan preciezere veranderingen aan te brengen. Daarom hebben ze CRISPR-eiwitten aangepast om DNA direct te bewerken in plaats van te vertrouwen op de reparatiemechanismen van de cel. Basiseditors kunnen bijvoorbeeld de ene DNA-letter in de andere veranderen zonder het DNA te knippen. Meesterredacteuren kunnen ondertussen het extra stukje gids-RNA in DNA omzetten en aan de doelsite toevoegen.
Deze gewijzigde vormen van CRISPR kunnen een breed scala aan aandoeningen helpen behandelen en er lopen al verschillende proeven op mensen, maar voor het aanpakken van sommige ziekten zijn meer geavanceerde genoomveranderingen nodig. Veel teams over de hele wereld werken aan manieren om dit te doen. Sommigen hebben zich gerealiseerd dat het mechanisme dat wordt gebruikt door genetische parasieten, IS110-elementen genoemd, om van het ene deel van het genoom naar het andere te knippen en plakken potentieel heeft omdat het wordt geleid door RNA zoals CRISPR, maar het team van Hsu is de eerste die een volledig beeld krijgt van hoe dit gebeurt. werken.
Het bridge-editingsysteem bestaat uit een zogenaamd recombinase-eiwit dat bindt aan een gids-RNA, zoals het CRISPR Cas9-eiwit. Wat het uniek maakt, is dat het gids-RNA twee DNA-sequenties specificeert waarnaar moet worden gezocht, in plaats van slechts één die het team van Hsu heeft gevonden.
De ene sequentie specificeert de doellocatie in het genoom die moet worden gewijzigd, net als bij CRISPR, terwijl de andere het te wijzigen DNA specificeert. Dit systeem kan worden gebruikt om DNA-sequenties van vrijwel elke lengte toe te voegen, te verwijderen of om te keren.
Er zijn al manieren om dit te doen, maar die omvatten meestal meerdere stappen en laten extra stukjes DNA achter, littekens genoemd. “Brugreparatie is vrijwel littekenvrij”, zegt Hsu. “Het biedt een ongekend niveau van controle voor het manipuleren van genomen.”
Dat betekent dat het voor veel meer kan worden gebruikt dan alleen het vervangen van defecte genen, zegt hij. Het zou ons ook kunnen helpen de genomen van planten en dieren volledig te hervormen. “Wat we zouden willen doen is verder gaan dan het inbrengen van individuele genen en genoommanipulatie op chromosoomniveau uitvoeren”, zegt Hsu.
‘De gerapporteerde ontdekkingen zijn echt opwindend, en de onderliggende biologie is werkelijk opmerkelijk’, zegt Stephen Tang van Columbia University in New York, maar tot nu toe is aangetoond dat bridge editing alleen werkt in bacteriële cellen of in reageerbuizen. Of en hoe goed het zal werken in complexe cellen zoals mensen valt nog te bezien, zegt Tang. Maar zelfs als het bewerken van de brug mislukt bij de eerste tests in menselijke cellen, is het waarschijnlijk dat het systeem na verloop van tijd kan worden aangepast om te werken
Onderwerpen: