Επιστήμονες αποσιωπούν ξεχωριστά τμήματα ενός γονιδίου χρησιμοποιώντας την CRISPR-SKIP

Επιστήμονες από το Ιλινόις της Αμερικής κατάφεραν να αξιοποιήσουν μία παραλλαγή της τεχνικής CRISPR/Cas-9 για να επέμβουν στο DNA και να επάγουν in vitro τη σύνθεση διαφορετικών ισομορφών πρωτεϊνών που μπορούν να έχουν θεραπευτικό ρόλο. Η δημοσίευση, που έγινε πρόσφατα στην επιστημονική επιθεώρηση BMC Genome Biology, ανοίγει το δρόμο για στοχευμένο έλεγχο της μορφής μιας πρωτεΐνης που θα μπορεί να παράγεται σε κύτταρα θηλαστικών.

Διαφορετικές μορφές μιας πρωτεΐνης …
Τα τμήματα ενός γονίδιου που μπορούν να μεταγραφούν σε RNA και έπειτα να μεταφραστούν σε πρωτεΐνη ονομάζονται εξώνια. Ένα γονίδιο, μπορεί να έχει πολλά διαφορετικά εξώνια. Ο διαφορετικός συνδυασμός αυτών των εξωνίων δίνει διαφορετικές μορφές μιας πρωτεΐνης. Οι διαφορετικές αυτές μορφές, χρησιμοποιούνται η καθεμία σε διαφορετικές λειτουργίες του κυττάρου και καθεμία από αυτές παράγεται σε διαφορετικές ποσότητες, ανάλογα με τις ανάγκες του κυττάρου. Η σύνθεση αυτών των πολλαπλών μορφών πρωτεΐνης από μία αλληλουχία επιτυγχάνεται με μία διαδικασία που ονομάζεται εναλλακτικό μάτισμα, κατά το οποίο επιλέγονται από το κύτταρο ποια εξώνια θα συμπεριληφθούν στην καινούρια πρωτεΐνη και ως εκ τούτου ποια μορφή πρωτεΐνης θα παραχθεί από τη συγκεκριμένη αλληλουχία.

… με τη βοήθεια της CRISPR
Οι επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, δημιούργησαν μία παραλλαγή της τεχνικής CRISPR/Cas-9, την οποία ονόμασαν CRISPR-SKIP, για να ελέγξουν την παραγωγή διαφορετικών μορφών πρωτεΐνης από την αλληλουχία ενός γονιδίου. Στα πειράματά τους, παρατήρησαν πως πριν από τα εξώνια, υπάρχει σχεδόν πάντα η αζωτούχα βάση γουανίνη. Αποφάσισαν έτσι να αλλάξουν τη βάση αυτή τοποθετώντας στη θέση της μια άλλη βάση, τη θυμίνη. Με αυτή την αλλαγή, το εξώνιο που ακολουθούσε δεν αναγνωριζόταν πια ως αλληλουχία που πρέπει να μεταφερθεί στην πρωτεΐνη, οπότε ο μηχανισμός παραγωγής πρωτεΐνης παρέκαμπτε το συγκεκριμένο τμήμα. Κατάφεραν με αυτόν τον τρόπο να αποσιωπήσουν ένα μόνο εξώνιο και όχι ολόκληρο το γονίδιο.

Σημαντικό εργαλείο για σοβαρές ασθένειες
Η τεχνική αυτή είναι πολύ σημαντική αφού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία νόσων όπως η αθηροσκλήρωση, η ρευματοειδής αρθρίτιδα, η νόσος του Huntington ή η μυϊκή δυστροφία Duchenne. Χαρακτηριστικά, η μυϊκή δυστροφία Duchenne είναι μία κληρονομική ασθένεια η θεραπεία της οποίας μπορεί να εμπλέξει τη χρήση της τεχνικής CRISPR-SKIP. Η ασθένεια αυτή προκαλείται όταν ένα εξώνιο-κλειδί ενός γονιδίου διαγράφεται και τα υπόλοιπα εξώνια αδυνατούν να συνενωθούν μεταξύ τους ώστε να δώσουν μία λειτουργική πρωτεΐνη, τη δυστροφίνη. Ελλείψει αυτής της πρωτεΐνης, η δομή των μυϊκών κυττάρων διαταράσσεται και εμφανίζονται τα συμπτώματα της εκφυλιστικής αυτής ασθένειας. Με την CRISPR-SKIP, οι επιστήμονες ίσως καταφέρουν να επέμβουν στην έκφραση ενός ακόμη εξωνίου, η αποσιώπηση του οποίου θα επιτρέψει το ξεκλείδωμα της έκφρασης της δυστροφίνης, έστω και σε διαφορετική μορφή της φυσιολογικής πρωτεΐνης.

Ίδιας φύσης επέμβαση θα μπορούσε να γίνει και για τη θεραπεία της νευροεκφυλιστικής νόσου του Huntington, στην οποία η αποσιώπηση ενός τμήματος του γονιδίου που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη χαντιγκτίνη θα μπορούσε να έχει πολύ σημαντικά αποτελέσματα στην κατεύθυνση της θεραπείας της νόσου. Η τεχνική CRISPR-SKIP έχει περισσότερα πλεονεκτήματα από αντίστοιχες τεχνικές που χρησιμοποιούνται μέχρι τώρα για αποσιώπηση των εξωνίων, αφού επιτρέπει την αλλαγή του DNA και άρα τη μόνιμη αποσιώπηση, αλλά προσφέρει και ακρίβεια κατά τη διαδικασία επέμβασης στο DNA.

Η ερευνητική ομάδα φιλοδοξεί να δοκιμάσει τη νέα τεχνική in vivo, δηλαδή σε διάφορους οργανισμούς. Για την ώρα, η ομάδα έχει αναπτύξει ένα διαδικτυακό εργαλείο που βοηθάει τους ενδιαφερόμενους ερευνητές να σχεδιάσουν τις κατάλληλες αλληλουχίες εάν θέλουν να χρησιμοποιήσουν την τεχνική CRISPR-SKIP.

Εργασία: egno.gr με διέγερση από University of Illinois

Διαβάστε επίσης: CRISPR-SKIP: programmable gene splicing with single base editors. Genome Biology, 2018