כלי עריכת גנים חדש המסייע למכונות הסלולריות לדלג על חלקים של גנים האחראים למחלות יושם כדי להפחית את היווצרותם של מבשרי רובד עמילואיד בטא במודל עכבר של מחלת אלצהיימר, כך מדווחים חוקרים מאוניברסיטת אילינוי אורבנה-שמפיין.
היישום בעכברים חיים מראה את היעילות המשופרת של הכלי, הנקרא SPLICER, לעומת הסטנדרט הנוכחי בטכנולוגיית עריכת גנים, כמו גם את הפוטנציאל ליישום במחלות אחרות, אמרו החוקרים. בראשות פבלו פרז-פינרה, פרופסור לביו-הנדסה ב-U. of I., פרסמו החוקרים את ממצאיהם בכתב העת תקשורת טבע.
SPLICER משתמש בגישת עריכת גנים הנקראת דילוג על אקסון, שהיא מעניינת במיוחד עבור מצבים בריאותיים הנגרמים על ידי מוטציות המייצרות חלבונים שגויים או רעילים, כגון ניוון השרירים של דושן או מחלת הנטינגטון.
"ה-DNA מכיל את ההוראות לבנות את כל מה שאחראי לאופן פעולת התאים. אז זה כמו ספר מתכונים שמכיל הנחיות מפורטות מאוד לבישול", אמרה פרז-פינרה.
אבל יש אזורים גדולים של DNA שלא מקודדים לכלום. זה כאילו, אתה מתחיל את המתכון לארוחת הודו, ואז אתה לוחץ על פתק שאומר, 'המשך בעמוד 10'. אחרי עמוד 10, זה 'המשך בעמוד 25'. הדפים ביניהם הם ג'יבריש".
פבלו פרז-פינרה, פרופסור, ביו-הנדסה, אוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין
"אבל תגיד באחד מדפי המתכונים -; בגנטיקה, אקסון -; יש שגיאת הקלדה שהופכת את הודו לבלתי אכיל, או אפילו רעיל. אם לא נוכל לתקן את שגיאת ההקלדה ישירות, נוכל לתקן את ההערה שלפניו כדי לשלוח לך לדף הבא, דילוג על הדף עם השגיאה, כך שבסוף תוכל להכין תרנגול הודו אכיל למרות שאתה עלול להפסיד על הרוטב שהיה בדף שדילג עליו באותו אופן, אם נוכל לדלג על הקטע של הגן עם המוטציה הרעילה, לחלבון שנוצר עדיין יכול להיות מספיק תפקיד כדי לבצע את תפקידיו הקריטיים."
SPLICER מתבסס על פלטפורמת עריכת הגנים הפופולרית CRISPR-Cas9 -; עם שינויים מרכזיים. מערכות CRISPR-Cas9 דורשות רצף DNA ספציפי להיצמד, מה שמגביל אילו גנים ניתן לערוך. SPLICER משתמש באנזימי Cas9 חדשים יותר שאינם זקוקים לרצף הזה, ופותח את הדלת למטרות חדשות כמו הגן הקשור לאלצהיימר שקבוצת אילינוי התמקדה בו.
"בעיה נוספת שאנו מטפלים בה בעבודתנו היא הדיוק במה שמדלגים", אמר הסטודנט לתואר שני אנג'לו מיסקליס, מחבר ראשון במאמר. "עם טכניקות דילוג אקסון נוכחיות, לפעמים לא כל האקסון מדלגים, אז עדיין יש חלק מהרצף שאנחנו לא רוצים שיבוא לידי ביטוי. באנלוגיה של ספר הבישול, זה כמו לנסות לדלג על עמוד, אבל העמוד החדש מתחיל ב באמצע המשפט, ועכשיו המתכון לא הגיוני רצינו למנוע את זה".
ישנם שני אזורי רצף מפתח המקיפים אקסון שאומרים למנגנון התא באילו חלקים בגן להשתמש לייצור חלבונים: אחד בהתחלה ואחד בסוף. בעוד שרוב הכלים לדילוג על אקסון מכוונים רק לרצף אחד, SPLICER עורך גם את רצף ההתחלה וגם את רצף הסיום. כתוצאה מכך, מדלגים על האקסונים הממוקדים בצורה יעילה יותר, אמר מיסקליס.
קבוצת אילינוי בחרה להתמקד בגן לאלצהיימר להדגמה הראשונה של היכולות הטיפוליות של SPLICER מכיוון שבעוד שגן המטרה נחקר היטב, דילוג יעיל על אקסון נותר חמקמק באורגניזמים חיים. החוקרים התמקדו באקסון ספציפי המקודד לרצף חומצות אמינו בתוך חלבון שמתבקע ליצירת עמילואיד-בטא, המצטבר ויוצר פלאקים על נוירונים במוח עם התקדמות המחלה.
בנוירונים מתורבתים, SPLICER הפחית את היווצרות עמילואיד בטא ביעילות. בעת ניתוח פלט ה-DNA וה-RNA של מוחות עכברים, החוקרים מצאו שהאקסון הממוקד ירד ב-25% בעכברים שטופלו ב-SPLICER, ללא עדות להשפעות מחוץ למטרה.
"כאשר ניסינו במקור למקד את האקסון הזה עם טכניקות ישנות יותר, זה לא עבד", אמר הסטודנט לתואר שני שרדהה שירגופה, גם הוא מחבר ראשון במחקר. "שילוב של עורכי הבסיס החדשים יותר עם עריכה כפולה דילג על האקסון בקצב הרבה יותר טוב ממה שהצלחנו בעבר בכל אחת מהשיטות הזמינות. הצלחנו להראות שלא רק שהוא יכול לדלג טוב יותר על האקסון כולו, זה הפחית את חלבון שמייצר את הפלאק בתאים האלה."
"דילוג על אקסון עובד רק אם החלבון שנוצר עדיין מתפקד, ולכן הוא לא יכול לטפל בכל מחלה על בסיס גנטי. זו המגבלה הכוללת של הגישה", אמרה פרז-פינרה. "אבל עבור מחלות כמו אלצהיימר, פרקינסון, הנטינגטון או ניוון שרירים של דושן, גישה זו טומנת בחובה פוטנציאל רב. הצעד הבא המיידי הוא לבחון את הבטיחות של הסרת האקסונים הממוקדים במחלות אלו, ולוודא שאיננו יוצרים חלבון חדש שהוא רעיל או חסר פונקציה מרכזית, נצטרך גם לעשות מחקרים בבעלי חיים לטווח ארוך ולראות אם המחלה מתקדמת עם הזמן".
באילינוי, פרז-פינרה מזוהה גם עם המחלקה לפיזיולוגיה מולקולרית ואינטגרטיבית, המכללה לרפואה של קארל אילינוי, המרכז לסרטן באילינוי ומכון קארל ר. וואס לביולוגיה גנומית. הפרופסורים להנדסה ביולוגית סרגיי מסלוב ותומס גאג' היו מחברי המאמר. המכונים הלאומיים לבריאות, איגוד ניוון השרירים, איגוד הלב האמריקאי, הקרן למחלות פרקינסון וקרן סימונס תמכו בעבודה זו.
