Gen Düzenleme Teknolojisinde Umutları Arttıran DNA Onarımı Çalışması

Canlı bir hücrenin içindeki DNA dizisini değiştirerek genomu düzenleme yeteneği araştırma için güçlü bir adaydır ve hastalıkların tedavisi için büyük umut vaat etmektedir. Bununla birlikte, mevcut genom düzenleme teknolojileri sıklıkla istenmeyen mutasyonlara neden olur veya herhangi bir değişiklik yapamayabilir. Bu sorunlar alanın tam potansiyeline ulaşmasını engellemiştir.

Daha önce Editas Medicine’da, Cecilia Cotta-Ramusino ve ve Howard Hughes Tıp Enstitüsü'nde araştırıcı, MIT’de bir biyoloji profesörü ve Whitehead Enstitüsü üyesi olan Jonathan Weissman'ın laboratuarındaki araştırmacılarla birlikte Princeton Üniversitesinden araştırıcı Britt Adamson’un laboratuarından yeni bir çalışma, genom düzenleme araçlarının nasıl çalıştığını ayrıntılı biçimde gösteren repair-seq adlı yeni bir yöntemi ortaya koymuştur. Lewis-Sigler Bütünleştirici Genomik Enstitüsü'nde çalışmanın kıdemli yazarı ve Princeton Moleküler Biyoloji Bölümünde yardımcı doçent Britt Adamson, Kırık DNA'nın tamirinde yer alan mekanizmaların genom düzenlemesi için gerekli olduğunu uzun zamandır biliyoruz, çünkü DNA dizisini değiştirmek için önce onu kırmanız gerekiyor. Ancak bu süreçler inanılmaz derecede karmaşık ve bu yüzden çözülmesi de genellikle zor. demiştir.

DNA'yı onarmak için hücreler, her biri farklı yollarda birlikte çalışan gen kümelerini içeren birçok farklı mekanizma kullanır. Repair-seq, araştırmacıların yüzlerce bireysel genin hasarlı bölgelerde üretilen mutasyonları nasıl etkilediğini aynı anda profilini çıkararak bu yolların özgün DNA lezyonlarının onarımına katkısını araştırmasına olanak tanır. Araştırmacılar daha sonra mekanik DNA onarım modelleri oluşturabilir ve bu mekanizmaların genom düzenlenmesini nasıl etkilediğini öğrenebilirler. Adamson ve ark.’ları yöntemlerini, çift iplikli DNA molekülünün her iki ipliğini kesmek için bakteriyel Cas9 nükleazını kullanan ve çift iplikli kırılmalar denilen lezyonları yaratan, en yaygın kullanılan genom düzenleme yaklaşımlarından biri olan CRISPR-Cas9'a uygulamışlardır.

Jonathan Weissman'ın laboratuvarında çalışmayı yürüten ilk yazar Jeffrey Hussmann, "Çift iplikli kırılmalarla düzenleme, uzun süredir genom düzenlemenin en kolay kısmıydı, ancak istenmeyen mutasyonlar olmadan amaçlanan değişiklikler yapmak çok büyük bir zorluktu. İndüklenen mutasyonların mümkün olduğu kadar çoğunun arkasındaki mekanizmaları anlamak için yola çıktık ve bunun sistemi optimize etmemize yardımcı olabileceğini düşünüyoruz.'' demiştir. Repair-seq deneyleri muazzam miktarda veri üretmektedir. Bu verilerin Hussmann liderliğindeki analizi, özel Cas9 kaynaklı mutasyon türleriyle farklı DNA onarım yollarının nasıl bağlantılı olduğuna dair bir harita çıkarılmasını sağlamıştır. Alandaki zengin araştırma birikiminin üstüne eklenen Hussmann’ın analizi, zaten bilinen yolakları aydınlattı ve bilinenlerle birlikte çift-iplikli kırılmaların onarımını da içeren çok karmaşık ve sayısız sistemi aydınlatan yeni yolakların da altını çizmiştir.

Bu çalışmada ortaya çıkarılan derin veri kümesi artık başkalarının DNA onarım genlerini ve yollarını sorgulamak için kullanabilecekleri bir çevrimiçi portalda yayınlanmaktadır. Ayrıca, Broad Institute of MIT ve Harvard’da David Liu liderliğindeki bir ekip, çift iplikli kırılmalar yaratmaya dayanmayan "öncül düzenleme adı verilen bir genom düzenleme sistemi geliştirmiştir. Öncül düzenleme verimliliği, hücre tipine ve hedef bölgeye göre büyük ölçüde değişir, ancak araştırmacılar, olaya katılan DNA onarım yolaklarının bulunmasının yeni gelişmelere yol açacağını umuyorlardı. Bunu akılda tutarak, Adamson ve Hussmann, repair-seq kullanarak öncül düzenlemeyi araştırmak için Liu ve meslektaşları ile güçlerini birleştirdi. Adamson, "Birlikte çalışmak büyük bir fayda sağladı" dedi. "Bizim için dayanışmacı ve ekip odaklı bilimin harika bir deneyimiydi. yorumunda bulunmuştur.

Araştırmacılar, öncül düzenleme ile amaçlanan düzenlemeleri elde edebilmenin, onarım yolağı ile uyumlu olmayan DNA’daki proteinlerden etkilendiğini bulmuşlardır. Daha sonra, öncül düzenlemeyi daha geniş çapta uygulanabilir bir genom düzenleme teknolojisi haline getirmek için konumlandırarak, bu yolağın engellenmesi veya yolaktan kaçınılmasının, öncül düzenleme sonuçlarının verimliliğini ve doğruluğunu önemli ölçüde artırdığını göstermişlerdir. Liu, Britt, Jonathan ve laboratuvarlarıyla çalışmak, multidisipliner işbirliğinin gücünün gerçek bir kanıtı olarak temel bilim, araçların uygulanması ve teknoloji geliştirmenin güzel bir bileşimi oldu " demiştir.

Önemli olarak, bu çalışma aynı zamanda repair-seq'in diğer genom düzenleme teknolojilerini geliştirmek için nasıl kullanılabileceğini de göstermektedir. Aslında, araştırmacılar bunu, Liu önderliğindeki ekip tarafından da geliştirilen üçüncü bir genom düzenleme sistemine uyguladılar. Bu çalışmanın sonuçları yakın zamanda Nature Biotechnology dergisinde yayınlandı. Çalışmaya dahil olmayan Broad Institute'teki Genetik Pertürbasyon Programında araştırma ve geliştirme direktörü John Doench, "Repair-seq, teknolojik anlayışın ve biyolojik iç görünün güzel bir beraberliğidir ve öncül düzenleme çalışmaları için, ne harika bir dayanışma örneği! Öncül düzenleyicilerin çalışmasının çoğu zaman zor olduğu kanıtlandı ve bu makale yeni çözümleri de başlatırken sorunun nedenini de anlamaya başlıyor diye eklemiştir.

Ekip ilerlerken, platformu geliştirmeye ve ek genom düzenleme teknolojilerine uygulamaya devam edecek. Adamson "Repair-seq'i, genom düzenleyicilerin hücrelerin içinde ne yaptıklarının ayrıntılı bir resmini çekmeye ve daha sonra çok hızlı bir şekilde değerlendirme olanağı tanıyan bir araç olarak görüyoruz. Acaba bu, araç geliştirmeye yardımcı olacak tasarım ilkelerini bulabileceğim bir alan mı? Gelecekteki uygulamaları keşfetmekten gerçekten heyecan duyuyoruz. yorumunda bulunmuştur.