Duke Üniversitesi'ndeki mühendisler tarafından geliştirilen yeni bir yöntemle, orijinal CRISPR gen düzenleme teknolojisinin insan genomunun yalnızca %12.5'ini hedef alabilmesinin aksine, artık neredeyse her gene erişim sağlanarak daha geniş bir hastalık yelpazesini hedef almak ve tedavi etmek mümkün hale geldi.
Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışma, Harvard Üniversitesi, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, Massachusetts Üniversitesi Tıp Okulu, Zürih Üniversitesi ve McMaster Üniversitesi'ndeki iş birlikçileri de içeriyordu.
Duke Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği'nde asistan profesör Pranam Chatterjee, "Bu yeni araçla, genomun neredeyse %100'ünü çok daha fazla hassasiyetle hedefleyebiliyoruz," dedi.
CRISPR-Cas Sistemini Hatırlayalım
CRISPR-Cas, bakterilere RNA molekülleri ve CRISPR ile ilişkili (Cas) proteinleri kullanarak istilacı virüslerin DNA'sını hedef alıp yok etmelerini sağlayan bir bakteriyel bağışıklık sistemidir. Bu gen düzenleme teknolojisinin keşfinden bu yana, araştırmacılar gen terapisi ve genom mühendisliği uygulamaları için yeni CRISPR sistemleri geliştirmek için yarıştılar.
CRISPR teknolojisi hem şimdiye kadar getirdikleri hem de geleceği değiştirme potansiyeli ile 2020 Nobel Kimya Ödülü'ne layık görülmüştü.
Ekip, standart CRISPR sistemiyle tedavi edilemeyen genetik hastalıklar için yeni aracın potansiyel tedavi edici kullanımlarını inceledi. İlk testleri, özellikle genç kadınlarda görülen ve belirli bir gende meydana gelen sekiz farklı mutasyondan birinin sebep olduğu, ilerleyici bir nörolojik rahatsızlık olan Rett Sendromu üzerinde gerçekleştirildi.
İkinci testleri ise, beyindeki nöronların dejenerasyonuna neden olan nadir, kalıtsal bir nörolojik bozukluk olan Huntington hastalığıydı. Yeni teknoloji kullanılarak, ekip daha önce erişilemeyen mutasyonları değiştirerek her iki hastalık için potansiyel tedavi fırsatları sundu.
Klasik CRISPR ve Yeni Enzim Nasıl Çalışır?
Genom düzenlemesi sırasında, Cas proteinleri iki önemli bileşen kullanır. İlki, enzimi belirli bir DNA dizisine yönlendiren bir RNA molekülüdür. İkincisi ise, Cas proteininin bağlanabilmesi için gereken ve hedeflenen DNA dizisinin hemen ardından gelen, protospacer adjacent motif (PAM) olarak adlandırılan kısa bir DNA dizisidir. Bu bileşenler, Cas proteinlerinin hedef DNA dizisine doğru ve etkin bir şekilde yönlendirilmesini sağlar.
Rehber RNA, hedeflenen tamamlayıcı DNA dizisini tespit ettiğinde ve Cas enzimi yanında yer alan PAM dizisine bağlandığında, bu enzim DNA üzerinde bir kesik gerçekleştirir. Bu kesik, genetik yapıda istenilen değişikliklerin başlatılmasını sağlar. En yaygın CRISPR-Cas sistemi, ardışık iki guanin bazı (GG) gerektiren Streptococcus pyogenes bakterisinin Cas9 sistemidir (SpCas9).
Önceki çalışmalarında Chatterjee ve ekibi, bioinformatik araçlar kullanarak, kesik yapmak için yalnızca tek bir guanin bazı PAM gerektiren Sc++ dahil olmak üzere yeni Cas9 proteinleri keşfetmiş ve mühendislik yapmıştı. Bu değişiklik, araştırmacılara tüm DNA dizilerinin yaklaşık %50'sini düzenleme imkanı sağladı.
Aynı zamanda, Chatterjee'nin Harvard'daki iş birlikçileri, Harvard Tıp Okulu'nda asistan profesör olan Benjamin Kleinstiver liderliğinde, ayrı bir varyant olan SpRY'yi geliştirdi. SpRY, PAM'ı oluşturabilecek dört DNA bazından herhangi birine bağlanabilse de, adenin ve guanin için çok daha güçlü bir eğilime sahipti.
Her iki sistemin de dezavantajları olduğundan, grup her ikisinin en iyilerini SpRyc adında yeni bir varyantta birleştirmeye karar verdi.
SpRYc, hedef DNA dizilerini kesme konusunda önceki örneklerine göre daha yavaş hareket etmesine rağmen, geleneksel enzimlere kıyasla belirli DNA bölgelerini daha etkin şekilde düzenleyebiliyor.
Sonuç ve Yorum
SpRYc, gen düzenleme alanında yeni bir dönemin kapılarını aralıyor. Bu yenilikçi enzimle ilgili potansiyeller sadece laboratuvar düzeyinde değil, aynı zamanda klinik uygulamalara aktarım süreçlerinde de büyük önem taşıyor. SpRYc'in gelişmiş verimliliği ve yüksek hassasiyeti, gen tedavilerinin geleceğini şekillendirmede kritik bir rol oynayabilir. Bu alandaki ilerlemeler, genetik hastalıkların tedavisinde yeni ufuklar açarken, SpRYc'in tam kapasitesinin keşfedilmesi, bilim dünyası için heyecan verici bir yolculuğa işaret ediyor.
