מחקר על תיקון DNA מגביר את הסיכויים לטכנולוגיית עריכת גנים: כלי חדש מציע דרכים לשפר את שיטת עריכת הגנים של CRISPR

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


היכולת לערוך את הגנום על ידי שינוי רצף ה- DNA בתוך תא חי היא בעלת עוצמה למחקר ומחזיקה בהבטחה עצומה לטיפול במחלות. עם זאת, טכנולוגיות קיימות של עריכת גנום גורמות לעיתים קרובות למוטציות לא רצויות או שהן אינן מצליחות כלל להציג שינויים. בעיות אלה מנעו מהתחום להגיע למלוא הפוטנציאל שלו.

כעת, מחקר חדש שנערך במעבדה של חוקרת אוניברסיטת פרינסטון, בריט אדמסון, שנערך עם משתפי פעולה במעבדתו של ג'ונתן ויסמן, חבר במכון וייטהד ופרופסור לביולוגיה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס וחוקר במכון הרפואי הווארד יוז, וססיליה קוטה-ראמוסינו, לשעבר ב- Editas Medicine, מפרטת שיטה חדשה בשם Repair-seq החושפת בפירוט מעולה כיצד פועלים כלי עריכת גנום.

"ידענו מזה זמן רב שהמנגנונים הכרוכים בתיקון DNA שבור חיוניים לעריכת הגנום מכיוון שכדי לשנות את רצף ה- DNA צריך קודם לשבור אותו", אמרה בריט אדמסון, סופרת בכירה במחקר ועוזרת פרופסור המחלקה לביולוגיה מולקולרית בפרינסטון ומכון לואיס-סיגלר לגנומיקה אינטגרטיבית. "אך תהליכים אלה מורכבים להפליא ולכן לעתים קרובות קשה להתנתק מהם."

כדי לתקן DNA, תאים משתמשים במנגנונים רבים ושונים, שכל אחד מהם כולל קבוצות של גנים העובדים יחד במסלולים נפרדים. Repair-seq מאפשר לחוקרים לחקור את התרומה של מסלולים אלה לתיקון נגעי DNA ספציפיים על ידי פרופיל בו זמנית כיצד מאות גנים בודדים משפיעים על מוטציות המיוצרות באתרים פגומים. החוקרים יכולים לאחר מכן לייצר מודלים מכניסטיים של תיקון DNA וללמוד כיצד מנגנונים אלה משפיעים על עריכת הגנום. אדמסון ועמיתיו יישמו את השיטה שלהם לאחת מגישות עריכת הגנום הנפוצות ביותר, CRISPR-Cas9, המעסיקה את נוקלאז החיידק Cas9 לחתוך את שני גדילים של מולקולת ה- DNA הדו-גדילית, ויוצרת נגעים הנקראים שבירות של שני גדילים.

"עריכה בהפסקות כפולות של גדילים הייתה הלחם והחמאה של עריכת הגנום במשך זמן רב, אך ביצוע שינויים מיועדים ללא מוטציות לא רצויות היה אתגר עצום", אמר המחבר הראשון של המחקר ג'פרי הוסמן, שניהל את העבודה כפוסט-דוקטורט. חוקר במעבדה של יונתן ויסמן. "יצאנו להבין את המנגנונים שעומדים מאחורי כמה שיותר מהמוטציות המושרות, וגרסנו כי הדבר יכול לעזור לנו לייעל את המערכת".

ניסויים לפי תיקון מייצרים כמות עצומה של נתונים. ניתוח של נתונים אלה, בהובלת הוסמן, הניב מפה של האופן שבו מסלולי תיקון DNA שונים מקושרים לסוגים מסוימים של מוטציות המושרות על ידי Cas9. הניתוח של הוסמן, המבוסס על היסטוריה עשירה של מחקר בתחום, האיר מסלולים שכבר היו ידועים, וזיהו חדשים, אשר יחד מדגישים את המורכבות העצומה ואת מספר המערכות הכרוכות בתיקון שבירה דו-גדילית. מערך הנתונים העמוק שנחשף בעבודה זו מתפרסם כעת בפורטל מקוון שאחרים יכולים להשתמש בו לחקירת גנים ודרכים לתיקון DNA.

בנפרד, צוות בראשותו של דיוויד ליו במכון הרחב של MIT והרווארד פיתח מערכת עריכת גנום בשם "עריכת פריים" שאינה מסתמכת על יצירת הפסקות כפולות. יעילות העריכה העיקרית משתנה מאוד לפי סוג התא ואתר היעד, אך החוקרים חשדו שזיהוי נתיבי תיקון ה- DNA המעורבים עשוי לסייע בזיהוי דרכים לשיפור. לאור זאת, אדמסון והוסמן איחדו כוחות עם ליו ועמיתיו לחקור עריכה מובילה באמצעות Repair-seq.

"עבודה משותפת הייתה יתרון עצום", אמר אדמסון. "עבורנו זו הייתה חוויה פנטסטית של מדע שיתופי ומכוון לצוות".

החוקרים המשתפים פעולה מצאו כי היכולת להשיג עריכות מיועדות עם עריכה ראשונית הושפעה מחלבונים במסלול לתיקון אי התאמה של ה- DNA. לאחר מכן הם הראו כי עיכוב או התחמקות ממסלול זה שיפרו באופן דרמטי את היעילות והדיוק של תוצאות העריכה העיקריות – מיצוב העריכה הפרטית להפוך לטכנולוגיית עריכת גנום רלוונטית יותר.

"העבודה עם בריט, ג'ונתן ומעבדותיהם הייתה שילוב יפה של מדע בסיסי, יישום כלים ופיתוח טכנולוגי – עדות אמיתית לכוחו של שיתוף פעולה רב תחומי", אמר ליו.

חשוב לציין כי עבודה זו מדגימה גם כיצד ניתן להשתמש ב- Repair-seq לשיפור טכנולוגיות אחרות לעריכת גנום. למעשה, החוקרים המשתפים פעולה כבר יישמו אותו על מערכת עריכת גנום שלישית, שפותחה גם על ידי מדענים העובדים תחת ליו. תוצאות מחקר זה פורסמו לאחרונה בכתב העת טבע ביוטכנולוגיה.

"תיקון- seq הם נישואין יפים של ידע טכנולוגי ותובנה ביולוגית", אמר ג'ון דואנץ ', מנהל מחקר ופיתוח בתכנית הפרעות גנטיות במכון הרחב, שלא היה מעורב בעבודה.

"ולגבי העבודה על עריכת פריים, איזו דוגמה נפלאה לשיתוף פעולה! לעתים קרובות עורכי ראש התגלו כקשיים לעבוד איתם, והמאמר הזה מתחיל להבין מדוע, תוך שהם גם מתחילים פתרונות חדשים", הוסיף.

בהמשך, הצוות ימשיך לשפר את הפלטפורמה וליישם אותה על טכנולוגיות נוספות לעריכת גנום.

"אנו רואים ב- Repair-seq כלי המאפשר לך לצלם תמונה מפורטת של מה עורכי הגנום עושים בתוך תאים ואז להעריך מהר מאוד, 'האם זהו נוף שבו אוכל למצוא עקרונות עיצוב שיעזרו לשפר את הכלי? '"אמר אדמסון. "אנחנו ממש נרגשים לחקור יישומים עתידיים."

המחקרים נתמכו במענקים של המכונים הלאומיים לבריאות, המכון הרפואי של הווארד יוז, התוכנית לחקר סירל, הקרן הלאומית למדעים, הקרן לחקר הסרטן של דיימון רוניון, המועצה למלגות סין והמכון הלאומי לסרטן.

.



קישור לכתבת המקור – 2021-10-20 20:59:26

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר