يصمم الباحثون نظامًا صغيرًا للتحرير الجيني CRISPR يمكن أن يكون أسهل للتسليم إلى الخلايا
توضيح كريسبر

توضيح CRISPR. الائتمان: المعاهد الوطنية للصحة

يمكن أن يكون نظام CRISPR-Cas المدمج والفعال ، المسمى CasMINI ، مفيدًا على نطاق واسع في تطبيقات هندسة الخلايا والمعالجة الجينية لأنه من السهل توصيله إلى الخلايا. ظهرت النتائج في دراسة نُشرت في 3 سبتمبر 2021 في المجلة الخلية الجزيئية.

يقول كبير مؤلفي الدراسة ستانلي كي من جامعة ستانفورد: “هذه خطوة مهمة للأمام بالنسبة لتطبيقات هندسة الجينوم CRISPR”. “يقدم العمل أصغر كريسبر حتى الآن ، وفقًا لمعرفتنا ، كتقنية لتحرير الجينوم. إذا كان الناس يفكرون أحيانًا في Cas9 كمقص جزيئي ، فقد أنشأنا هنا سكينًا سويسريًا يحتوي على وظائف متعددة. إنها ليست كبيرة ، ولكنها مصغرة قابلة للحمل لسهولة الاستخدام “.

أحدث تطوير أنظمة كريسبر-كاس للخلايا البشرية ثورة في هندسة الجينوم. توفر هذه الأنظمة فرصًا لتطوير العلاجات الجينية لمجموعة متنوعة من الأمراض الوراثية. لكن أحجامها الكبيرة غالبًا ما تقيد إيصالها إلى الخلايا وبالتالي تعيق التطبيقات السريرية. على سبيل المثال ، الفيروس المرتبط بالغدة (AAV) ، وهو ناقل مطبق على نطاق واسع في الجسم الحي التسليم ، لديه سعة تعبئة محدودة للحمولة الصافية (أقل من 4.7 كيلو بايت) ، والعديد من بروتينات الانصهار Cas تتجاوز هذا الحد. نتيجة لذلك ، هناك حاجة إلى هندسة أنظمة Cas عالية الكفاءة وصغيرة الحجم لتسهيل الجيل التالي من تطبيقات هندسة الجينوم.

أحد الحلول المحتملة هو Cas12f ، المعروف أيضًا باسم Cas14. تتراوح بين 400 و 700 أحماض أمينية، فإن البروتين أقل من نصف حجم أنظمة CRISPR المستخدمة حاليًا مثل Cas9 أو Cas12a. ولكن حتى الآن ، لم يكن من الواضح ما إذا كان يمكن استخدام هذا البروتين المضغوط في خلايا الثدييات. يوضح Qi: “لقد حددت السنوات الأخيرة الآلاف من كريسبر ، والتي تُعرف بنظام الدفاع المناعي للبكتيريا”. “ومع ذلك ، فإن أكثر من 99.9٪ من كريسبر المكتشفة لا يمكنها العمل في الخلايا البشرية ، مما يحد من استخدامها كتقنيات لتحرير الجينوم.”

في الدراسة الجديدة ، تقدم Qi وفريقه RNA وهندسة البروتين لنظام Cas12f لتوليد نظام كاس مصغر فعال لهندسة جينوم الثدييات. مشتق من العتائق ، أظهر بروتين Cas12f الطبيعي و RNA أحادي الدليل أي نشاط يمكن اكتشافه في خلايا الثدييات. من خلال تحسين تصميم RNA أحادي الدليل وأداء جولات متعددة من هندسة وفحص البروتين التكراري ، أنشأ الباحثون فئة من المتغيرات Cas12f تسمى CasMINI.

أظهرت متغيرات البروتين Cas12f المهندسة جنبًا إلى جنب مع RNAs المصمم هندسيًا واحدًا تنظيمًا فعالًا للجينات ونشاطًا لتحرير الجينات. أظهر الباحثون أن CasMINI يمكن أن يقود مستويات عالية من تنشيط الجينات مماثلة لتلك المرتبطة بـ Cas12a ويسمح بتحرير قوي للقاعدة وتحرير الجينات. علاوة على ذلك ، فهو محدد للغاية ولا ينتج عنه تأثيرات خارج الهدف يمكن اكتشافها.

يقول Qi: “هنا نحول تقنية CRISPR غير العاملة في خلايا الثدييات ، من خلال هندسة RNA المنطقية وهندسة البروتين ، إلى تقنية عاملة عالية الكفاءة”. “كانت هناك جهود سابقة من الآخرين لتحسين أداء CRISPRs العاملة. لكن عملنا هو أول من يجعل العمل غير العامل يعمل. وهذا يسلط الضوء على قوة الهندسة الحيوية لتحقيق شيء لم يفعله التطور بعد “.

يبلغ حجم جزيء CasMINI المصمم هندسيًا 529 حمضًا أمينيًا فقط. هذا الحجم الصغير يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات العلاجية. على سبيل المثال ، بروتينات الانصهار CasMINI مناسبة تمامًا لتغليف AAV. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تعبئة CasMINI mRNA بسهولة في الجسيمات النانوية الدهنية أو غيرها من طرق توصيل الحمض النووي الريبي ، مما يحتمل أن يعزز دخوله إلى الخلايا. قد يجعل حجمه الصغير ومصدره الممرض غير البشري أقل عرضة لإنتاج استجابات مناعية من حمولات البروتين الكبيرة.

هناك حاجة إلى مزيد من العمل لزيادة كفاءة CasMINI في التحرير الأساسي وتحرير الجينات واختبار أداء النظام في الجسم الحي بطرق تسليم مختلفة. يخطط الباحثون لاختبار النظام لـ في الجسم الحي تطبيقات العلاج الجيني.

“يتيح توفر CasMINI المصغر تطبيقات جديدة تتراوح من في المختبر تطبيقات مثل هندسة الخلايا الليمفاوية القاتلة للورم بشكل أفضل أو إعادة برمجة الخلايا الجذعية إلى في الجسم الحي العلاج الجيني لعلاج الأمراض الوراثية في العين أو العضلات أو الكبد. “إنه على قائمة رغباتنا أن يصبح علاجًا لعلاج الأمراض الوراثية وعلاج السرطان وعكس انحطاط الأعضاء.”

لمعرفة المزيد عن نظام CRISPR المصغر هذا ، راجع “Mini” CRISPR Genetic Editing System Engineered.

المرجع: “نظام CRISPR-Cas المصغر لتنظيم وتحرير جينوم الثدييات” بقلم Xiaoshu Xu و Augustine Chemparathy و Leiping Zeng و Hannah R.Kempton و Stephen Shang و Muneaki Nakamura و Lei S. Qi ، 3 سبتمبر 2021 ، الخلية الجزيئية.
دوى: 10.1016 / j.molcel.2021.08.008

تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة Pew Scholar ومؤسسة Alfred P. Sloan ومؤسسة Li Ka Shing. LSQ هو مؤسس ومساهم في Epicrispr Biotechnologies و Refuge Biotechnologies. LSQ هي عضو في المجلس الاستشاري العلمي لشركة Epicrispr Biotechnologies والتكنولوجيات الحيوية للاجئين. قدم المؤلفون براءات اختراع مؤقتة عبر جامعة ستانفورد تتعلق بالعمل.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *