Contents
Genbewerking met CRISPR kan mutaties buiten het doel veroorzaken, maar dit lijkt minder vaak te gebeuren met een enzym dat een van de DNA-strengen knipt in plaats van beide
CRISPR gebruikt een enzym genaamd Cas9 om DNA op precieze locaties te knippen
Wirestock, Inc./Alamy
Een nieuwe vorm van de genoombewerkingstechniek CRISPR zou een nauwkeurigere manier kunnen bieden om mutaties te bewerken die genetische ziekten veroorzaken. De aanpak, die werd getest bij fruitvliegen, fixeert een genetische mutatie op één kopie van een chromosoom door het equivalente chromosoom – geërfd van de andere ouder – als sjabloon te gebruiken.
CRISPR werkt meestal met een eiwit genaamd Cas9, dat fungeert als een moleculaire schaar om door de twee strengen van een DNA-molecuul te snijden op de plaats van een gerichte sequentie. Hierdoor kunnen nieuwe DNA-sequenties tussen de sneden worden ingevoegd om het gemuteerde gen te vervangen.
Deze invoeging werkt echter meestal voor minder dan 10 procent van de cellen en invoegingen kunnen plaatsvinden in onjuiste of off-target , regio's van het genoom.
Advertentie
Nu hebben Ethan Bier en Annabel Guichard van de Universiteit van Californië, San Diego, en hun collega's een nieuwe vorm van CRISPR ontwikkeld die efficiënter de juiste DNA-sequenties kan invoegen op de plaats van een mutatie, met minder off-target effecten.
“Ik werd weggeblazen”, zegt Bier. “Over het algemeen hoef je je met bestaande CRISPR-technieken zorgen te maken dat ongeveer 1 procent van de bewerkingen fouten of ondoelmatig zijn. Ik zou zeggen dat het in het geval van ons systeem meer zou zijn dan 1 op 10.000.”
De methode maakt gebruik van een variant van het Cas9-enzym, een nickase genaamd, die slechts één streng van de dubbele DNA-helix knipt. “We ontdekten dat het 'zachtjes' inkerven of knippen van één streng van het DNA zelfs efficiënter is dan het maken van een zuivere dubbelstrengige breuk”, zegt Bier.
Lees meer: What' ;s volgende voor de gen-bewerkte kinderen uit de CRISPR-studie in China?
De onderzoekers testten de aanpak bij fruitvliegjes die een mutatie hadden waardoor hun ogen wit werden in plaats van rood. Ze ontdekten dat het nickase-systeem de oogkleurmutatie corrigeerde in maximaal 65 procent van de cellen, waardoor de vliegen rode ogen kregen. Standaard CRISPR met Cas9 corrigeerde de mutatie in tot 30 procent van de cellen, waardoor elk oog een klein stukje rood kreeg.
“Het was echt een ongelooflijk moment. We wisten dat we iets absoluut geweldigs hadden gevonden toen we dat meteen zagen”, zegt Guichard.
Het team heeft geen extra stukjes DNA geïntroduceerd als sjabloon voor de cel om de mutatie op het chromosoom te corrigeren, dus de moleculaire machinerie moet het andere chromosoom – geërfd van de andere ouder – als sjabloon hebben gebruikt. Het team kon bevestigen dat dit het geval was.
DNA-reparatie van het ene chromosoom met het andere corresponderende chromosoom werd over het algemeen niet mogelijk geacht. Maar recente bevindingen suggereren dat dit af en toe kan gebeuren onder specifieke omstandigheden die nog moeten worden gedefinieerd.
“Er is steeds meer bewijs dat wanneer je schade aanricht aan één chromosoom in een zoogdiercel, dat op de een of andere manier het andere chromosoom rekruteert. Dan krijgt de regio die kapot is de pleister van het andere chromosoom”, zegt Bier.
“We begrijpen niet echt wat daarvoor verantwoordelijk is. Een van de opwindende elementen van het werk is dat het een weg opent om de hele reeks componenten te ontdekken die verantwoordelijk zijn voor deze nieuwe categorie van reparaties.”
Als is bewezen dat het bij mensen werkt, aanpak zou mogelijk alle ziektegerelateerde genetische mutaties kunnen repareren die een gezonde kopie op het overeenkomende chromosoom hebben. Dit betekent dat het geen mutaties op het X-chromosoom kan repareren bij jongens, mannen en transgender vrouwen, die geen tweede kopie van dit geslachtschromosoom hebben. Het werkt ook niet voor mensen met exact dezelfde ziektegerelateerde mutatie op beide chromosomen van elke ouder.
Tijdschriftreferentie: Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.abo0721
